Исследователи из Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна обнаружили, что невозможно создать долговременные воспоминания без повреждения ДНК и воспаления в гиппокампе. Определенные нейроны в этой области мозга проходят цикл повреждения и восстановления ДНК, и в результате образуются стабильные сборки памяти или группы клеток мозга, которые «описывают» прошлый опыт.
Нейробиологи изучали формирование воспоминаний у мышей, подвергая животных слабым ударам тока. Анализируя активность нейронов в области гиппокампа, которую давно связывают с работой памяти, исследователи обнаружили активацию генов, характерную для воспаления.
В частности ученые наблюдали активацию толл-подобного рецептора 9 (TLR9), связанного с врожденным иммунитетом. Основная функция этого пути — обнаружение кусочков ДНК патогена и инициирование иммунного ответа. Поэтому сначала ученые связали воспаление с инфекцией у мышей. Но дополнительный анализ показал, что TLR9 был активен только в кластерах клеток гиппокампа, демонстрирующих повреждение ДНК.
Обычно деятельность мозга приводит к небольшим разрывам в ДНК, которые быстро восстанавливаются. Но в нейронах гиппокампа, обнаруженных нейробиологами, повреждение было обширным и сохранялось дольше.
Фрагменты, высвободившиеся из ядер нейронов: ДНК (большая белая точка в центре справа), гистоны (фиолетовые) и факторы транскрипции (красные и зеленые). Фото: The Radulovic Lab
Анализ показал, что при формировании воспоминаний об инциденте (ударе током) фрагменты ДНК и другие молекулы высвобождались из ядра нейронов, после чего в клетках активировался TLR9. Он стимулировал образование комплексов восстановления ДНК в необычном месте: центросомах. Обычно эти органеллы необходимы для координации клеточного деления, но в нейронах они участвовали в циклах восстановления ДНК, которые, по-видимому, объединяли отдельные нейроны в агрегаты памяти.
В течение недели, необходимой для завершения воспалительного процесса, нейроны, кодирующие память мыши, изменились, в том числе стали более устойчивыми к новым или аналогичным раздражителям. «Это примечательно, потому что мы постоянно наводнены информацией, а нейронам, которые кодируют воспоминания, необходимо сохранять уже полученную информацию и не «отвлекаться» на новые данные», говорит Елена Радулович, руководитель исследования.
Также ученые обнаружили, что блокирование воспалительного пути TLR9 в нейронах гиппокампа препятствует формированию у мышей долговременной памяти и вызывает глубокую геномную нестабильность, то есть высокую частоту повреждений ДНК в этих нейронах.
Геномная нестабильность считается признаком ускоренного старения, а также рака, психиатрических и нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера. Для облегчения симптомов долговременного COVID — 19 были предложены препараты, ингибирующие TLR9. Но необходимо проявлять осторожность, поскольку полное ингибирование этого пути может представлять значительный риск для здоровья.
Елена Радулович, профессор Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна и руководитель исследования
