Как РНК нейронов управляет памятью

Матричная РНК, кодирующая необходимый для формирования синапсов белок, в нейронах обычно неактивна. Просыпается же она лишь тогда, когда на нервную клетку приходит импульс, и чем больше будет таких импульсов, тем дольше РНК проработает — и тем прочнее будет образовавшийся синапс.

На молекулярно-клеточном уровне формирование памяти сопровождается образованием синапсов и изменением в активности множества генов и белков, которые отвечают у нейронов за «синаптическую кухню». Нейробиологи давно пытаются выяснить, какие молекулярные процессы в этот момент происходят, однако в такого рода исследованиях неизбежно натыкаешься на ряд серьёзных проблем. То, что удаётся увидеть, это набор «стоп-кадров», соответствующих тому или иному этапу формирования памяти. Кроме того, нейронные цепочки очень чувствительны к внешнему воздействию, и любое вмешательство на молекулярно-клеточном уровне заставляет подозревать, что увиденный результат относится не столько к процессам памяти, сколько к последствиям экспериментального вмешательства.

В этом смысле работа специалистов Колледжа Альберта Эйнштейна (США) представляет собой большой шаг вперёд. Чтобы проследить за молекулярными изменениями в нейронах, Роберт Сингер (Robert Singer) и его коллеги пометили флюоресцентной меткой всю РНК бета-актина. Бета-актин — один из самых многочисленных белков в нейронах, и, как считается, он играет важную роль в процессах запоминания. Исследователи особо акцентируют то, что не вводили в нейроны никаких дополнительных генов и белков, кои могли бы нарушить нормальную работу нервных клеток. Что же до флюоресцентного довеска, то, как уверяют авторы работы, это никак не сказывалось на состоянии мышей, с которыми ставились опыты: животные были здоровы и нормально размножались.

В ответ на стимул у нейронов, которые готовы образовать синапс, меняется структура дендритных шипиков — мембранных выростов, помогающих нейронам соединиться друг с другом. Считается, что форма шипиков зависит от работы бета-актина, и исследователям удалось увидеть, что так оно и есть.

Через 10–15 минут после стимуляции нейрона в гиппокампе в клетке появлялись новые молекулы бета-актиновой мРНК. Эти мРНК складывались в большие и маленькие частицы, которые потом отправлялись в ту область дендрита, где нужно было синтезировать бета-актин. Результаты наблюдений за РНК-частицами учёные описали в одной из двух статей в журнале Science; стоит особо подчеркнуть, что перемещения РНК-гранул исследователи наблюдали в реальном времени.

В другой же статье они попытались разобраться, как нейрон контролирует внутри себя синтез бета-актина. Структура нервной клетки довольно сложна, и потому тут должен работать какой-то механизм, включающий РНК бета-актина в нужном месте в нужное время. Оказалось, что, пока эта РНК находится в гранулах (а эти гранулы молекулы РНК образуют сразу, как только выходят из ядра в цитоплазму), она неактивна: белок на ней не синтезируется. Стоит заметить, что подобное маскирование РНК вообще широко распространено у клеток, это один из самых популярных способов управления белковым синтезом — архивация РНК в разнообразных надмолекулярных комплексах с белками.

Но как только на нейрон приходит импульс, эти гранулы распадаются, РНК из них высвобождается, и на ней начинается синтез белка. Тут, впрочем, возникает второй вопрос: как РНК узнаёт, когда ей надо остановиться? Ведь бета-актина нужно только определённое количество. Оказалось, как пишут исследователи во второй статье, бета-актиновая РНК остаётся активной в течение всего нескольких минут, после чего снова возвращается в гранулированное упакованное состояние.

То есть это свойство самой бета-актиновой РНК — быть неактивной и спать, свернувшись в гранулы. «Будит» её нервный импульс, после которого она недолгое время работает, а потом засыпает. Если импульсы станут приходить регулярно, то и РНК начнёт работать чаще — а значит, будет больше бета-актина — то есть синапс станет всё прочнее. Если же импульсов было раз-два и обчёлся, то такую информацию вряд ли стоит запоминать, и долговечный синапс под неё строить не нужно.

Впрочем, говоря о «врождённой» неактивности мРНК, мы должны понимать, что это её свойство тоже обуславливается какими-то механизмами, и, наверное, есть какие-то белки, которые по умолчанию поддерживают именно эту мРНК в пассивном состоянии. Поэтому было бы преждевременно говорить о том, что молекулярные механизмы синапсообразования расшифрованы до конца.

Комментарии: