Биологи объяснили, как воспоминания сохраняются на протяжении жизни
Все мы помним что-то из детства, будь то первый поход в зоопарк или поездка на велосипеде. Но как эти воспоминания могут сохраняться практически всю жизнь? Новое исследование международной группы ученых раскрывает биологическую основу долговременной памяти. Все дело в молекуле под названием KIBRA, которая действует как «клей» для других молекул, укрепляя формирование воспоминаний. Она размещается в синапсах, отвечающих за память, и выступает своеобразной «меткой» для ферментов, которые укрепляют эти нейронные связи. Молекулы могу замещаться, но воспоминания, хранящиеся в синапсах, остаются.
Долгое время считалось, что нейроны хранят информацию в памяти благодаря сети сильных и слабых синапсов. Именно эти связи определяют взаимодействие и функции нейронных сетей. Однако молекулы в синапсах нестабильны: они постоянно перемещаются по нейронам, изнашиваются и заменяются новыми в течение нескольких часов или дней. Возникает вопрос: как при этом воспоминания могут сохраняться годами и даже десятилетиями.
В своем исследовании на лабораторных мышах ученые сосредоточились на роли KIBRA-белка, экспрессируемого в почках и мозге. Известно, что у людей генетические вариации KIBRA связаны как с хорошей, так и с плохой памятью. Исследователей особенно интересовало взаимодействие KIBRA с другими молекулами, играющими ключевую роль в формировании памяти. В данном случае объектом изучения стала протеинкиназа M-зета (PKMzeta). Этот фермент считается важнейшей молекулой для укрепления синапсов у млекопитающих, но он разрушается спустя несколько дней.
Эксперименты ученых показали, что KIBRA является тем самым «недостающим звеном» в долговременной памяти. Эта молекула действует как «метка» или «клей», который прикрепляется к сильным синапсам и PKMzeta, но при этом избегает слабых синапсов.
Во время формирования воспоминаний активируются синапсы, участвующие в этом процессе. KIBRA избирательно размещается в этих синапсах. PKMzeta присоединяется к KIBRA, действующей как «метка», и делает синапсы более устойчивыми к изменениям. Сильные синапсы связываются с вновь образованной KIBRA, привлекая больше вновь образованной PKMzeta. Разрушение связи KIBRA-PKMzeta стирает старые воспоминания. Это говорит о том, что KIBRA играет ключевую роль в поддержании памяти.
Предшествующие исследования показали, что случайное повышение уровня PKMzeta в мозге улучшает слабые или стертые воспоминания. Это было загадкой, поскольку PKMzeta должен был действовать в случайных местах по всему мозгу, что скорее могло бы привести к обратному эффекту. Однако открытие KIBRA в качестве «синаптической метки» объясняет это явление. KIBRA связывается только с сильными синапсами, поэтому при повышении уровня PKMzeta она преимущественно связывается с этими помеченными KIBRA участками, фактически усиливая только нужные воспоминания.
Авторы статьи отмечают, что их исследование подтверждает концепцию, предложенную Фрэнсисом Криком в 1984 году. Гипотеза о роли мозга в хранении воспоминаний, несмотря на постоянные изменения на клеточном и молекулярном уровне, похожа на «Корабль Тесея». Это отсылка к философскому аргументу из древнегреческой мифологии, согласно которому корабль Тесея, в котором по мере плавания постоянно заменялись старые доски на новые, оставался тем же кораблем на протяжении многих лет. Воспоминания могут храниться годами, даже несмотря на то, что белки, поддерживающие их, постоянно замещаются.