Довготривала пам'ять - явище загадкове. Її механізм принципово відрізняється від фосфрілірованія білків, що відбувається в процесі короткочасного запам'ятовування. Американські вчені зробили несподіваний висновок: цей процес пов'язаний з переходом специфічного білка CPEB в амілоїдні стан, яке зазвичай асоціюється з важким хворобами.
Довготривала пам'ять - явище в принципі загадкове. Розгорнуті дослідження показують, що за тривалістю зберігання пам'ять ділиться на три послідовні етапи: сенсорна пам'ять (слід збудження сенсорних відділів в нервовій системі), короткочасна і довгострокова пам'ять. Сенсорна, або первинна пам'ять триває частки секунд і служить первинній обробці сенсорної інформації - звукової, зорової, тактильної і так далі і її подальшого аналізу. Власне, це навіть не пам'ять як така, а якийсь сенсорний слід сприйнятих організмом стимулів. Але триває цей слід довше, ніж саме вплив того чи іншого стимулу, через затримки і перемикань в центральній нервовій системі.
Матеріал, відібраний на зберігання, фіксується у вторинній або короткочасної пам'яті. Її біохімічний механізм пов'язаний з фосфорилюванням ряду білків в нейронах. Фосфорилювання відбувається у відповідь на їх стимуляцію, що призводить до зміни сили синапсів. У міру того як модифіковані білки виводяться з обороту, подія забувається - якщо тільки не відбувається "перекодування" короткочасних спогадів в довготривалу пам'ять.
Читайте також: Підробити пам'ять? Простіше простого!
Саме довгострокова або третинна пам'ять забезпечує найбільш міцне утримання інформації. Спогади проходять "перекодування" при наявності мотивації, сильною емоційного забарвлення або регулярного повторення. Очевидно, що механізм довготривалої пам'яті принципово відрізняється від фосфрілірованія (пришивання залишку фосфорної кислоти) білків. Біохімічний процес в даному випадку повинен базуватися на зміні нейронів, яке може зберігатися дуже довго, іноді - протягом усього життя організму. Але якому?
Кілька років тому вчені висунули гіпотезу, що такою зміною є перехід в амілоїдні стан білка CPEB (Orb2 у мушки дрозофіли). Нещодавно ця гіпотеза отримала підтвердження.
Перш амілоїд в науковому світі асоціювалися в основному з негативними явищами. Вони були відомі як патологічні білкові структури, що викликають велику групу так званих амілоїдних захворювань: хвороби Альцгеймера, Паркінсона, а також поранених хвороб - нейродегенеративних захворювань, пов'язаних з накопиченням в організмі пріонів, інфекційних агентів білкової природи.
Самі аміоліди вдають із себе фібрилярні полімери деяких в нормі розчинних клітинних білків. Вони каталізують структурну перебудову і приєднання до себе мономерів того ж білка, і за рахунок цього зростають. Ці речовини можуть бути інфекційними, в цьому випадку вони якраз називаються пріонні.
Інфекційність їх пояснюється якраз властивістю каталізувати структурну перебудову. У людини і тварин пріони пов'язані лише з одним білком - PrP, і викликають коров'ячий сказ, скрейпі ( "почесуху) овець і хвороба Крейцфельдта-Якоба у людей.
Явище, аналогічне пріонами, було виявлено у звичайних пекарських дріжджів Saccharomyces cerevisiae. У них пріони хворобою не є, в їхньому випадку це рідкісний фенотип з нестандартним способом успадкування, відмінним від традиційних законів Менделя. Пріони дріжджів виникають спонтанно і досить рідко. Зате згодом можуть зберігатися в ряду поколінь, а при схрещуванні передаватися всім нащадкам.
Таким чином, пріоногенний білок може стабільно перебувати в двох станах: пріони (полімеризується) або нормальному. Вчені провели аналогію: клітку з пріоногенним білком можна уявити як однобітний осередок пам'яті.
Робота нейронів раніше нерідко вивчалася на морському зайця - молюсків аллізіі (Aplysia californica): він має великі, зручні для вивчення нейрони. Докладні дослідження нейронів аллізіі показали, що для довготривалої пам'яті необхідний білок CPEB ( cytoplasmic polyadenylation element binding protein). Цей білок активує транскрипцію матричних РНК, необхідних для запам'ятовування. (Довготривала пам'ять вимагає синтезу нових мРНК і білків і часто супроводжується встановленням нових синаптичних зв'язків).
На подив учених, за своєю структурою CPEB виявився схожий на дріжджові пріонні білки. Подібність цих білків в тому, що кожен має дві частини: функціональний домен і пріонних домен, здатний полимеризоваться. Функціональні домени у CPEB і поранених білків дріжджів зовсім різні, а пріонні домени володіють загальною властивістю - вони не структуровані і сильно збагачені амінокислотними залишками глутамином і аспарагін.
Саме це дозволяє пріонних доменів полимеризоваться в амілоїдні фібрили. Властивості CPEB перевірили в дріжджовий моделі, і виявилося, що він веде себе як повноцінний дріжджовий прион: здатний переходити в стабільно успадковане полімерне стан.
Для остаточного підтвердження зв'язку довготривалої пам'яті з переходом білків в амілоїдні стан, американські біологи провели дослідження на мушках дрозофілах. На відміну від аллізіі, у дрозофіли є два варіанти білка СРЕВ: Orb2A і Orb2B, які виходять з однієї мРНК. Білок Orb2B синтезується постійно, а Orb2A - лише у відповідь на стимуляцію нейрона.
Вчені припустили, що при стимуляції нейронного синапсу у дрозофіл синтезується Orb2A. Він переходить в полімерне стан і захоплює за собою Orb2B. Далі процес полімеризації підтримується молекулами Orb2B і може тривати як завгодно довго, що відповідає фіксації події в довготривалій пам'яті.
Для перевірки гіпотези біологи провели мутагенезу білка Orb2A і отримали мутації, що порушують його здатність ініціювати полімеризацію., А потім провели тест, що виявляє роботу пам'яті у мушок з мутацією і без неї. В експерименті дрозофілам давали спробувати крапельки води, простий або з цукром, помічені різними запахами.
Потім біологи перевіряли, протягом якого часу мушки зможуть вибирати "смачну", солодку краплю по запаху. У мушок з мутацією Orb2A короткочасна пам'ять працювала нормально, а ось довгострокова виявилася порушена - у них асоціація зберігалася лише протягом двох діб. В іншому досліді самцеві дрозофіла кілька разів поспіль висували "нечуйними" самку, вже минулий спарювання.
Навчений гірким досвідом, звичайний самець назавжди зневірюватися в жінках і не починав залицянь, зустрічаючи чергову самку. А мутантний самець забував про своє фіаско приблизно через дві доби.
Читайте також: Знайдений білок, який поліпшує пам'ять
Тести підтвердили: мутація, що порушує полімеризацію Orb2, порушує і довготривалу пам'ять. За словами вчених, нервовим клітинам вдалося «приручити» амілоїд. Надзвичайно важливо і те, що клітина, як з'ясувалося, може керувати переходом в амілоїдні стан. Однак вивести синапс з цього стану швидше за все неможливо, припускають вчені. "Стерти і перезаписати" довготривалу пам'ять не можна. За словами фахівців, мозок, мабуть, можна порівняти з пристроєм з одноразовою записом на кшталт CD-диска, але не з вінчестером.
Читайте найцікавіше в рубриці "Наука і техніка"
Але якому?
