Нейробиологи открыли молекулярный механизм формирования воспоминаний

Энграммные клетки находятся в гиппокампе и других частях мозга. Ряд недавних исследований показал, что эти клетки формируют сети, связанные с определенными воспоминаниями, и эти сети активируются, когда воспоминание вновь вызывают в памяти. Однако, молекулярный механизм этого процесса ученые понимают не до конца.

Нейробиологи знают, что на самой первой стадии формирования памяти так называемые непосредственно ранние гены превращаются в энграммные клетки, но вскоре снова возвращаются к нормальному уровню активности. Ученые из MIT хотели понять, что происходит в процессе координации долгосрочного хранения воспоминаний. Они предположили, что эти волны могут контролироваться эпигенетическими модификациями, то есть химическими изменениями хроматина, https://news.mit.edu/2020/engram-memories-form-1005 MIT News.

Для этого они использовали генетически измененных мышей, у которых энграммные клетки в гиппокампе были помечены флуоресцентным белком. Они получали слабый удар током, который грызуны научились ассоциировать с клеткой, где это происходило. Когда воспоминания оформлялись, клетки гиппокампа начинали светиться.

Отслеживая светящиеся нейроны, ученые наблюдали, как в самую первую стадию после формирования воспоминания многие регионы ДНК претерпевали изменения хроматина. В них он становился менее плотным, а ДНК – более доступной. К удивлению исследователей, почти все эти регионы находились в участках ДНК, где не было генов. Эти участки содержали некодирующие последовательности - энхансеры.

На этой стадии изменения хроматина не оказывали никакого эффекта на экспрессию генов.

Затем ученые проанализировали энграммные клетки через пять дней после формирования памяти. Оказалось, что воспоминания усилились, а трехмерная структура хроматина изменилась. Экспрессии генов все еще не было, но подготовка к ней шла.

Затем ученые вернули мышей в клетку, где их били током, чтобы реактивировать воспоминания. У этих животных произошел всплеск экспрессии генов, многие из которых участвуют в синтезе белков у синапсов, помогая нейронам укреплять связи с другими нейронами. Также ученые обнаружили, что у нейронных дендритов появляется больше отростков, что также указывает на укрепление связей.

«Это первое исследование, которое показывает на молекулярном уровне, что эпигеном может быть подготовлен к использованию. Сначала нужно подготовить энхансеры, но их готовности недостаточно. Нужно, чтобы эти регионы физически взаимодействовали с генами, это вторая фаза, - пояснил Асаф Марко, ведущий автор статьи. – Теперь мы понимаем, что трехмерная архитектура генома играет очень важную роль в координации экспрессии генов».

Израильские ученые https://hightech.plus/2019/08/20/viyavlen-osnovnoi-mehanizm-... роль процесса синхронной активации нейронов в гиппокампе приматов, включая человека. Авторы смогли доказать, что пульсации в двух этих отделах мозга синхронизированы. В первую очередь всплески активности нейронов гиппокампа отражались в зрительной коре.