Из-за избыточной активности некоторых генов нейроны формируют между собой лишние связи, которые затрудняют работу мозга и не дают запомнить то, что нужно.

Активность генов в наших клетках постоянно меняется, поскольку меняется среда вокруг нас и мы сами. Гены реагируют на перемены в концентрации гормонов, на инфекцию, на то, что мы съели, на физическую активность. Более того, даже умственная работа активирует одни гены и тормозит другие, и вполне понятно, почему.

Нейроны мозжечка. (Фото NM SARC / www.flickr.com/photos/nm_sarc/8560245366.)

Схема нуклеосомы – ДНК-гистонового комплекса: фрагмент ДНК намотан на катушку из нескольких молекул раличных белков-гистонов. (Фото Wikipedia.)

Например, для того, чтобы что-то отложилось в памяти, должны сформироваться новые нейронные цепочки, то есть нейроны должны установить межклеточные контакты – синапсы, что, в свою очередь, означает, что нервным клеткам нужны новые порции белков, которые будут обслуживать межклеточный контакт и синтезировать нейромедиаторы, переносящие сигнал с нейрона на нейрон.

Долгое время исследователи обращали внимание только на то, как гены активируются, включаются. Выключение же часто игнорировали, полагая, что это простой пассивный процесс: стимул ушёл, потребность в продукте гена упала, и он сам по себе замолчал. Однако на деле клетка прилагает специальные усилия, чтобы подавить работу прежде нужного гена, и, если такая система отключения вдруг сломается, ничего хорошего не выйдет.

Исследователи из Вашингтонского университета пишут в Science, что без своевременного выключения некоторых генов в нервных клетках между ними формируются лишние связи, что, в свою очередь, плохо отражается на памяти.

Азад Бонни (Azad Bonni) и его коллеги изучали генетическую активность в мозжечке мышей. Как известно, мозжечок контролирует движения, и, когда мышь двигалась, в нейронах мозжечка какие-то гены работали, а какие-то нет. Один из основных механизмов управления активностью генов осуществляется с помощью белков гистонов: несколько молекул гистонов вместе формируют что-то вроде бобины, на которую наматывается нить ДНК. Гены на ДНК будут или не будут работать в зависимости от того, насколько плотно белковая бобина держит тот участок ДНК, на котором они записаны – если ДНК плотно привязана к гистоновому комплексу, то и гены будут молчать. (Этот и некоторые другие способы регуляции активности ДНК называются эпигенетическими.)

Оказалось, что к участкам ДНК с активными генами в нейронах мозжечка прикреплялся большой ферментный комплекс NuRD, который отвечает за перестройку ДНК-гистоновых комплексов, модифицируя гистоны так, что они начинают крепко хвататься за ДНК. И если у мышей этот ферментный комплекс по какой-то причине не работал, то гены, которые были активны во время физической активности, продолжали «активничать» и в покое. Общее же число генов, чьё функционирование зависело от ферментов NuRD, исчислялось тысячами.

На уровне нейронных сетей отсутствие «замалчивающего» фермента и излишняя генетическая активность проявлялось в том, что межклеточных связей становилось слишком много. Известно, что в ходе развития нейроны мозга формируют огромное число синапсов, большая часть которых потом ликвидируется. Также известно, что если этих связей не убавить, то впоследствии начнутся когнитивные проблемы – образно говоря, лишние синапсы означают лишние нейронные цепи, которые просто бесполезно «шумят», оттягивая на себя ресурсы и замедляя выполнение действительно необходимых процедур.

Мыши, у которых в мозжечке не было аппарата для выключения генов, двигались нормально, и с координацией у них тоже всё было в порядке, но при том они не могли запомнить какие-то сложные последовательности движений. Так, они никак не могли выучить, как нужно проходить по вертящемуся цилиндру – как если бы человек никак не мог запомнить, как крутить педали велосипеда.

Иными словами, у животных отключалась моторная память, и происходило так не потому, что некоторые гены не работали, а потому, что некоторые гены как раз работали, когда этого от них не требовалось. Возможно, что и другие виды памяти и вообще другие когнитивные функции требуют активного и принудительного отключения некоторых кусков ДНК – здесь, как говорится, требуются дальнейшие исследования, однако в перспективе, узнавая больше про подобные нейромолекулярные механизмы в нашем собственном мозге, мы могли бы корректировать целенаправленно его работу, действуя на соответствующие молекулярные рычаги.