Как нейроны запоминают вкус
Среди множества нейронов лишь немногие способны запоминать, что произошло. От остальных их отличает специальный белок, который помогает настроить внутренний скелет нейрона так, чтобы он мог хранить информацию.
Взяв в рот какую-нибудь гадость, мы довольно быстро запоминаем, что в следующий раз есть это нельзя – мозг мгновенно формирует связь между внешним видом и запахом плохой еды и недвусмысленной реакцией желудка. В самый первый момент на пищевое раздражение в мозге отзываются множество нейронов, однако память остаётся не у всех. Лишь горстка клеток хранит информацию о неприятном вкусе и запахе. Вопрос – чем отличаются такие клетки от остальных?
Ответ на него дали исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (США). Как часто бывает, дело оказалось в некоем белке под названием CREB. Те нейроны, в которых его уровень был повышен, запоминали плохой вкус. CREBрасшифровывается как cyclic-AMP-response-element-binding protein и работает он транскрипционным фактором: в ответ на появление регуляторной молекулы циклического АМФ (cyclic-AMP) он связывается с определёнными областями в ДНК, усиливая или ослабляя на них транскрипцию – синтез матричной РНК. Несколько лет назад Альчино Сильва (Alcino Silva) вместе с коллегами показал, что именно от CREB зависит локализация эмоциональной памяти в миндалевидном теле – локализация именно в смысле отдельных нейронов.
Тогда же исследователи предположили, что этот белок служит универсальным средством, от которого зависит, какие нейроны будут помнить стимул, а какие нет. Чтобы проверить свою гипотезу, они провели серию экспериментов с мышами, которым приходилось пробовать раствор, вызывающий тошноту. Неприятный вкус активировал островковую кору мозга, однако и здесь для хранения информации выделялась небольшая часть клеток, которые, как пишут авторы работы в Current Biology, содержали в себе много белка CREB. Миндалевидное тело и островковая кора довольно сильно отличаются друг от друга, но молекулярный механизм, отбирающий клетки для запоминания, у них схож. Так что есть все основания полагать, что CREB работает везде, где нужно сформировать нейронную ячейку памяти.
Клетки мозга мышей модифицировали так, чтобы они синтезировали модифицированный CREB, соединённый с зелёным флуоресцентным белком. Кроме того, в нейроны вводили другой ген, который придавал им чувствительность к веществу, выключавшему нейронную активность. Затем мышам давали попробовать солёную воду, в которую был подмешан ещё и хлорид лития, вызывающий тошноту. Обычно мышам вкус соли нравится, однако в таком варианте они запоминали, что от солёной воды им будет плохо. Спустя три дня животным снова предлагали попробовать нехорошую воду. Обычные мыши избегали её пить, однако те, у которых CREB-нейроны были выключены, забывали негативный опыт и снова пили тошнотворный раствор.
Дальнейшие эксперименты показали, что CREB усиливал синтез другого белка под названием Arc, чьи функции тесно связаны с цитоскелетом. Про Arc известно, что его тем больше в тех нейронах, которые сильнее всего возбуждаются в ответ на стимул. Роль цитоскелета в формировании памяти исследуется давно: запоминание требует прочных нервных цепочек, то есть прочных межнейронных контактов – синапсов, а прочность тех или иных элементов клеточной архитектуры зависит от белковых скелетных опор в цитоплазме. В качестве примера можно вспомнить прошлогоднюю работу нейробиологов из Медицинского колледжа Университета Бейлора, которые показали, что превращение кратковременной памяти в долговременную происходит в том числе благодаря цитоскелетным перестройкам. Но вот в каких именно клетках произойдут такие перестройки, зависит от CREB. Возможно, что и тут всё дело в синапсах; пока же известно лишь то, что благодаря CREB и Arc запоминающие клетки делаются особенно чувствительными к раздражению, и, когда мыши вспоминали о нехорошем вкусе воды, такие нейроны активничали особенно сильно. Коротко о полученных результатах пишет The Scientist.
Конечно, это не единственный молекулярный механизм, связанный с памятью, однако он, по-видимому, включается во всех случаях, когда мозгу нужно что-нибудь запомнить. В дальнейшем предстоит выяснить, как такие CREB-нейроны в разных частях мозга соотносятся с главными центрами памяти вроде гиппокампа, а также откуда вообще берётся CREB в нервных клетках – то ли они с самого рождения предназначены для хранения информации, то ли CREB сам зависит от каких-то внешних факторов.
