Когда информация фиксируется в памяти надолго, повреждается ДНК и воспаляется группа нейронов в мозге. Это выяснили ученые из США, Дании и Германии.
Исследователи из Северо-Западного университета (США), Медицинского колледжа имени Альберта Эйнштейна (США), Орхусского университета (Дания) и Гёттингенского университета (Германия) выяснили, что происходит в мозге, когда создаются долговременные воспоминания. Оказалось, что этот процесс невозможен без повреждения ДНК и возникновения воспалительного процесса в гиппокампе. Соответствующую научную статью опубликовал журнал Nature.
Поскольку нейроны гиппокампа реагируют на различные типы информации, ее подмножество собирается в сложные системы, представляющие память. Эти нейроны обычно подвергаются энергоемкой молекулярной адаптации, иногда приводящей к временному повреждению ДНК . Здесь мы обнаружили дискретные кластеры возбуждающих нейронов CA1 гиппокампа с постоянными разрывами двухцепочечной ДНК (дцДНК), разрывами ядерной оболочки и перинуклеарным высвобождением гистонов и фрагментов дцДНК через несколько часов после обучения. После этих ранних событий некоторые нейроны приобрели воспалительный фенотип, включающий активацию передачи сигналов TLR9 и накопление комплексов восстановления повреждений центросомальной ДНК. Нейрон-специфический Tlr9 ухудшает память, одновременно притупляя контекстуальные изменения экспрессии генов, вызванные обуславиванием страха, в определенных кластерах возбуждающих нейронов CA1. Примечательно, что TLR9 играет важную роль в функции центросом, включая восстановление повреждений ДНК, цилиогенез и создание перинейрональных сетей. Мы демонстрируем новый каскад молекулярных событий, вызванных обучением, в дискретных кластерах нейронов, подвергающихся повреждению дцДНК и опосредованному TLR9 восстановлению, что приводит к их рекрутированию в цепи памяти. При нарушении функции TLR9 этот фундаментальный механизм памяти становится фактором, приводящим к нестабильности генома и когнитивным нарушениям, которые приводят к ускоренному старению, психическим расстройствам и нейродегенеративным расстройствам. Таким образом, поддержание целостности воспалительной передачи сигналов TLR9 становится многообещающей стратегией профилактики нейрокогнитивных нарушений. статья
Воспаление нейронов головного мозга принято считать плохим явлением, поскольку оно способно привести к болезням Паркинсона и Альцгеймера. Однако воспалительный процесс в определенных нейронах гиппокампа необходим, чтобы информация перешла из кратковременной памяти в долговременную. Согласно открытию авторов публикации, стимул запускает в этих нейронах цикл повреждения и восстановления ДНК, в результате чего образуются узлы памяти — скопления клеток мозга, в которые «записывается» прошлый опыт.
Этот механизм выявили во время эксперимента с участием восьминедельных мышей. Ученые подвергали животных коротким мягким ударам тока, достаточным для того, чтобы сформировалось воспоминание о шоковом событии. Анализ нейронов в области гиппокампа показал, что у мышей активировались гены, которые участвуют в воспалительном пути Толл-подобного рецептора 9 (TLR9):
«Этот воспалительный путь наиболее известен тем, что запускает иммунные реакции, обнаруживая небольшие фрагменты ДНК патогена. Сначала мы предположили, что путь TLR9 активировался, поскольку у мышей была инфекция. Но, присмотревшись внимательнее, мы к своему удивлению обнаружили, что TLR9 запускался только в кластерах клеток гиппокампа, которые демонстрировали повреждение ДНК», — объяснили авторы исследования.
Разрывы нейронов, связанные с формированием долговременной памяти, оказались более существенными и устойчивыми по сравнению с теми, которые возникают при другой активности мозга. Восстанавливались фрагменты ДНК в необычном месте — в центросомах. Это органоиды, координирующие клеточное деление. Однако, заметили исследователи, в нейронах, которые не делятся, центросомы участвовали в восстановлении ДНК и, судя по всему, помогали образовывать узлы памяти.
Авторы научной статьи также обнаружили, что за неделю, которая была необходима для завершения воспалительного процесса, у мышей изменились нейроны, кодирующие память. Эти клетки мозга стали более устойчивыми к новой информации: «Это примечательно, потому что мы постоянно завалены информацией, и нейронам, кодирующим воспоминания, необходимо сохранять сведения, которые они уже приобрели, не отвлекаясь на новые входные данные».
При этом, когда исследователи заблокировали воспалительный путь TLR9 в нейронах гиппокампа, у мышей не только не сформировалась долговременная память, но и возникла глубокая нестабильность генома: стала высокой частота повреждения ДНК в этих клетках. Такое явление считается признаком ускоренного старения, а также рака, психических и нейродегенеративных расстройств, например болезни Альцгеймера.
Исследователи из Северо-Западного университета (США), Медицинского колледжа имени Альберта Эйнштейна (США), Орхусского университета (Дания) и Гёттингенского университета (Германия) выяснили, что происходит в мозге, когда создаются долговременные воспоминания. Оказалось, что этот процесс невозможен без повреждения ДНК и возникновения воспалительного процесса в гиппокампе. Соответствующую научную статью опубликовал журнал Nature.
Поскольку нейроны гиппокампа реагируют на различные типы информации, ее подмножество собирается в сложные системы, представляющие память. Эти нейроны обычно подвергаются энергоемкой молекулярной адаптации, иногда приводящей к временному повреждению ДНК . Здесь мы обнаружили дискретные кластеры возбуждающих нейронов CA1 гиппокампа с постоянными разрывами двухцепочечной ДНК (дцДНК), разрывами ядерной оболочки и перинуклеарным высвобождением гистонов и фрагментов дцДНК через несколько часов после обучения. После этих ранних событий некоторые нейроны приобрели воспалительный фенотип, включающий активацию передачи сигналов TLR9 и накопление комплексов восстановления повреждений центросомальной ДНК. Нейрон-специфический Tlr9 ухудшает память, одновременно притупляя контекстуальные изменения экспрессии генов, вызванные обуславиванием страха, в определенных кластерах возбуждающих нейронов CA1. Примечательно, что TLR9 играет важную роль в функции центросом, включая восстановление повреждений ДНК, цилиогенез и создание перинейрональных сетей. Мы демонстрируем новый каскад молекулярных событий, вызванных обучением, в дискретных кластерах нейронов, подвергающихся повреждению дцДНК и опосредованному TLR9 восстановлению, что приводит к их рекрутированию в цепи памяти. При нарушении функции TLR9 этот фундаментальный механизм памяти становится фактором, приводящим к нестабильности генома и когнитивным нарушениям, которые приводят к ускоренному старению, психическим расстройствам и нейродегенеративным расстройствам. Таким образом, поддержание целостности воспалительной передачи сигналов TLR9 становится многообещающей стратегией профилактики нейрокогнитивных нарушений. статья
Воспаление нейронов головного мозга принято считать плохим явлением, поскольку оно способно привести к болезням Паркинсона и Альцгеймера. Однако воспалительный процесс в определенных нейронах гиппокампа необходим, чтобы информация перешла из кратковременной памяти в долговременную. Согласно открытию авторов публикации, стимул запускает в этих нейронах цикл повреждения и восстановления ДНК, в результате чего образуются узлы памяти — скопления клеток мозга, в которые «записывается» прошлый опыт.
Этот механизм выявили во время эксперимента с участием восьминедельных мышей. Ученые подвергали животных коротким мягким ударам тока, достаточным для того, чтобы сформировалось воспоминание о шоковом событии. Анализ нейронов в области гиппокампа показал, что у мышей активировались гены, которые участвуют в воспалительном пути Толл-подобного рецептора 9 (TLR9):
«Этот воспалительный путь наиболее известен тем, что запускает иммунные реакции, обнаруживая небольшие фрагменты ДНК патогена. Сначала мы предположили, что путь TLR9 активировался, поскольку у мышей была инфекция. Но, присмотревшись внимательнее, мы к своему удивлению обнаружили, что TLR9 запускался только в кластерах клеток гиппокампа, которые демонстрировали повреждение ДНК», — объяснили авторы исследования.
Разрывы нейронов, связанные с формированием долговременной памяти, оказались более существенными и устойчивыми по сравнению с теми, которые возникают при другой активности мозга. Восстанавливались фрагменты ДНК в необычном месте — в центросомах. Это органоиды, координирующие клеточное деление. Однако, заметили исследователи, в нейронах, которые не делятся, центросомы участвовали в восстановлении ДНК и, судя по всему, помогали образовывать узлы памяти.
Авторы научной статьи также обнаружили, что за неделю, которая была необходима для завершения воспалительного процесса, у мышей изменились нейроны, кодирующие память. Эти клетки мозга стали более устойчивыми к новой информации: «Это примечательно, потому что мы постоянно завалены информацией, и нейронам, кодирующим воспоминания, необходимо сохранять сведения, которые они уже приобрели, не отвлекаясь на новые входные данные».
При этом, когда исследователи заблокировали воспалительный путь TLR9 в нейронах гиппокампа, у мышей не только не сформировалась долговременная память, но и возникла глубокая нестабильность генома: стала высокой частота повреждения ДНК в этих клетках. Такое явление считается признаком ускоренного старения, а также рака, психических и нейродегенеративных расстройств, например болезни Альцгеймера.