fbpx

Памет на страха: Опасните спомени разрушават ДНК на мозъчните клетки

На мозъка му се налага да извършва поредица от потенциално опасни действия, за да запомни преживяването на страх: невроните и други мозъчни клетки разкъсват своята ДНК на много места и то повече, отколкото се смяташе досега, за да се осигури бърз достъп до генетичните инструкции на механизмите за съхраняване на паметта.Освен това се оказало, че този процес в бъдеще може да повлияе на когнитивното здраве на мозъка с напредване на възрастта.

Според професора по неврология и директор на Института за обучение и паметта Пикауеър към Масачузетския технологичен институт и водещ автор на новото изследване Ли Хуей Цай, броят на тези двойно-верижни разкъсвания на ДНК (double-strand break, DSBs) в много ключови области на мозъка е удивителен факт, но и в същото време и доста тревожен. Повредите редовно се поправят, но този процес може да стане по-проблемен и неефективен с напредване на възрастта. Изследването, проведено в лабораторията на Цай показало, че продължителните двойно-верижни разкъсвания на ДНК са свързани с невродегенерация и намаляване на когнитивните възможности, и че механизмите за възстановяване могат да започнат да функционират неправилно.

„Ние искахме да разберем колко широко разпространена и обширна е тази естествена мозъчна активност при формирането на паметта, защото това дава представа как геномната нестабилност може да подкопае бъдещото здраве на мозъка“, казва Цай. „Ясно е, че формирането на паметта е извънреден приоритет за нормалното функциониране на мозъка, но тези нови резултати са поразителни, тъй като показват, че няколко вида мозъчни клетки разрушават своето ДНК на много места, за да експресират бързо гени.“

Проследяване на разкъсванията

През 2015 г. лабораторията на Цай е демонстрирала за първи път, че невронната активност предизвиква двуверижни разкъсвания на ДНК, които от своя страна предизвикват бърза генна експресия. Но тези резултати, които били получени при използването на лабораторни култури от неврони, не отразявали напълно активността в контекста на формиране на памет при животните и не показвали какво се случва в други клетки, различни от невроните.

В ново изследване, публикувано в PLOS ONE, Райън Стот и Олег Крицки са се постарали да изучат целия спектър на дейностти на двойно-верижните разкъсвания на ДНК при процесите на обучение и запаметяване. За да направят това, те са подавали малки електрически разряди по лапите на мишки, докато те влизали в кутия, за да им създадат спомени за страх в този контекст. След това те използвали няколко метода за оценка на двойно-верижните разкъсвания на ДНК и генната експресия в мозъка на мишките през следващите 30 минути, особено сред различните типове клетки в префронталната кора и хипокампа, две области, важни за формирането и съхранението на условните спомени за страх. Те също така са провели измервания в мозъците на мишки, които не са били удряни с електрически ток, за да установят базовото ниво на активност при сравняването на функционирането при двете групи мишки.

Формирането на паметта на страх е удвоила броя на двойно-верижните разкъсвания на ДНК сред невроните в хипокампа и префронталната кора, засягайки повече от 300 гена във всяка област. След това изследователите изучили какво се случва с 206 засегнати гени, които били общи за двете области. Много от тях били свързани с функцията на синапсите, тоест с връзките, които невроните правят помежду си. Това е логично, защото ние се обучаваме, когато невроните променят връзките си (явление, наречено „синаптична пластичност“), а спомените се формират, когато групи от неврони се свързват, за да образуват ансамбли, наречени енграми.

„При функционирането на невроните и формирането на памет се засягат множество гени и техният брой е значително по-голям от очакваното в сравнение с предишни наблюдения върху култивирани неврони “, пишат авторите на изследването.

В следващ анализ, изследователите са потвърдили чрез измерване на РНК, че увеличаването на двуверижните разкъсвания на ДНК наистина тясно корелират с повишената транскрипция и експресия на засегнатите гени, включително тези, които засягат функциите на синапсите, още 10-30 минути след излагането на токов удар.

„Като цяло откриваме, че транскрипционните промени са по-силно свързани с двойно-верижните разкъсвания на ДНК в мозъка, отколкото се предполагаше“, пишат те. „Преди това наблюдавахме 20 генно-асоциирани локуса [DSB] след стимулиране на култивирани неврони, докато в хипокампуса и префронталната кора виждаме повече от 100-150 гено-асоциирани локуса [DSB], индуцирани чрез транскрипция.“

Връзка със стреса

При анализа на генната експресия, невролозите изследвали не само невроните, но и не-невронните мозъчни клетки, тоест така наречените глиални клетки или глии. Тези клетки също така показали промени в експресията на стотици гени след формирането на паметта на страх. Например, известно е, че глиите, наречени астроцити, участват в обучението, свързано със страх и те също са показали значителни промени в двойно-верижните разкъсвания на ДНК и генната експресия при умишлено формиране на памет на страха.

Една от най -важните функции на гените, свързани с разкъсванията на ДНК в глиите при запомнянето на опасни преживявания, е била реакцията към хормони. По тази причина изследователите разгледали кои хормони са конкретно включени и установили, че това са глюкокортикоиди, които се отделят в отговор на стрес. Данните от изследването показали, че в глиите много от прекъсванията на ДНК в резултат на стимулиране на страх се случват в геномни региони, свързани с глюкокортоидните рецептори. Допълнителните тестове показали, че директното стимулиране на хормоналните рецептори може да предизвика същите прекъсвания като при запаметяването на опасни преживявания, а блокирането на рецепторите може да предотврати транскрипцията на ключови гени.

Осъзнаването, че глиите са толкова дълбоко ангажирани във формирането на спомени, предизвикани от страх, е важна изненада в новото изследване, смята Цай.

„Способностите на глиите да генерират устойчив транскрипционен отговор към глюкокортикоидите предполага, че те играят много по-голяма роля в реакцията на стрес и нейните ефекти върху мозъка по време на обучение, отколкото се смяташе досега“, обяснява тя.

Щети и опасност?

Необходими са още изследвания, за да се докаже, че двуверижните ДНК-разкъсвания, необходими за формиране и съхранение на спомени за страх, представляват заплаха за бъдещото здраве на мозъка, но новото проучване само допълва доказателствата, че това може би е така, казват авторите.

„Като цяло, ние идентифицирахме места на двуверижни разкъсвания в гени, важни за функционирането на невроните и глиите, което предполага, че нарушаването на възстановяването на ДНК на тези повтарящи се разкъсвания, които се генерират като част от мозъчната дейност, може да доведе до геномна нестабилност, която допринася за стареенето на мозъка и заболяванията на главния мозък. „пишат те.

Източник

3 1 vote
Article Rating
guest
0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments

Харесайте ни :-)


This will close in 25 seconds

Дари
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x