Память работает с помощью РНК

Морского моллюска заразили чужой молекулярной памятью.

Мы привыкли думать, что память кроется в синапсах – межнейронных соединениях, и что запоминание и забывание связаны с перестройками в нейронных цепочках, с распадом одних синапсов и появлением других. В пользу этой гипотезы говорят данные множества нейробиологических исследований.

Однако со временем здесь стали появляться довольно странные результаты. Например, логично было бы предположить, что для того, чтобы стереть из памяти какую-то информацию, нужно разрушить синапсы, которые появились именно в связи с этой информацией.

Именно такой эксперимент попытались сделать Дэвид Гланцман (David Glanzman) и его коллеги из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Они взяли морского моллюска аплизию (или морского зайца), которого часто используют в нейробиологических опытах из-за его огромных нейронов, которые можно различить даже невооруженным глазом – и попытались стереть у него фрагмент памяти. И тут оказалось, что при забывании распадаются совершенно случайные синапсы, а не какие-то конкретные, которые должны были бы отвечать за забываемую информацию.

Тогда исследователи решили, что дело не только в синапсах. На самом деле, еще в 60-е годы появились предположения, что в формировании памяти участвуют молекулы РНК, но в том время эксперименты с РНК-памятью признали невоспроизводимыми, а значит, сомнительными. И вот сейчас, в свете последних экспериментов, РНК снова заинтересовались.

В качестве подопытного кролика снова взяли морского зайца (просим прощения за этот каламбур). Как мы только что говорили, нейронные сети у аплизии очень просто изучать – мало того, что нервные клетки у нее очень большие, их у моллюска всего лишь около 20 тысяч.

Морской заяц дышит, прокачивая воду через жабры и выводя ее через сифон – специальную трубку на спине. Если до сифона дотронуться, моллюск втянет и его, и жабры в полость тела, как бы ожидая нападения, но потом расслабиться обратно. Естественно, у него при этом срабатывают определенные нейроны, и если их специально простимулировать с помощью электродов и слабых электрических импульсов, то можно заставить моллюска сжиматься подольше. Совмещая прикосновения с дополнительной стимуляцией, можно приучить морского зайца самого оставаться подольше в напряженном состоянии.

Исследователи приучали моллюска долго пугаться, потом извлекали РНК из тех нейронов, которые отвечают за такую защитную реакцию, и эту РНК вводили другому моллюску. Для сравнения брали РНК и из обычного морского зайца, которого дополнительно не стимулировали. В статье в eNeuro говорится, что если посторонний морской заяц получал РНК от того, которого учили дольше прятать жабры и сифон, то и он начинал вести себя так же – то есть очень долго оставался в испуганном состоянии, когда его тревожили. (Напротив, если в нейроны постороннего моллюска вводили РНК того, кого специально не учили бояться дольше обычного, то получатель РНК тоже ничего такого не демонстрировал.)

Иными словами, выходило так, что молекула РНК перенесла память от одного моллюска другому. Но как именно РНК в этом случае работает? Здесь надо немного вспомнить, чем вообще РНК занимаются в клетках. Во-первых, среди них есть матричные, или информационные РНК – они переносят генетическую информацию от ДНК к белок-синтезирующему аппарату. Есть служебные РНК, которые просто помогают белок-синтезирующему аппарату собирать белковые молекулы. И есть множество регуляторных РНК, которые работают сами по себе – они управляют активностью генов.

Скорее всего, тут работали именно последние, потому что, по словам исследователей, эффект от «РНК памяти» зависел от еще одного регуляторного механизма, а именно от метилирования ДНК. При метилировании на молекулу ДНК специальные ферменты прикрепляют (или снимают) химические метильные группы, и те гены, которые попали под метилирование или деметилирование, меняют свою активность. Если механизм метилирования в нейронах моллюсков отключали, «РНК памяти» не работали – можно предположить, что это какие-то регуляторные РНК, взаимодействующие с ферментами метилирования ДНК.

Наконец, в последней серии опытов удалось показать, что РНК влияет на эффективность межнейронных связей: если нервные клетки обрабатывали «РНК памяти» (то есть РНК, которую брали у моллюсков, приученных долго бояться), то после обработки РНК нейроны на внешние импульсы возбуждались сильнее и передавали сигнал своим соседям эффективнее.

Сама по себе РНК никакой памяти не несет, но зато она так изменяет структуру ДНК, что нейрон оказывается в состоянии что-то запомнить. Как видим, тут не обходится без синапсов, однако только лишь ими дело не ограничивается: то, что при исчезновении памяти они разрушаются не так, как можно было ожидать (о чем мы говорили в самом начале), возможно, объясняется влиянием «РНК памяти».

Конечно, здесь остается множество вопросов, начиная с того, что именно представляют собой эти регуляторные РНК, и заканчивая тем, как они появляются в ответ раздражение. Опять же, не вполне ясно, насколько специфично они регулируют память – в том смысле, помогают ли они тем же моллюскам запомнить именно опасные прикосновения, или же такие РНК нужны абсолютно для любой информации.

Новые результаты еще предстоит перепроверить, но если все окажется действительно так, и не только у моллюска, а и у других животных, то можно будет подумать о каких-нибудь РНК-таблетках, стимулирующих память.