Нейроны рвут свою ДНК, чтобы сформировать память: как это работает?

Итак, нейробиологи обнаружили удивительный парадокс. Формирование долговременной памяти — это «рискованное дело», как говорит независимый эксперт Ли-Хуэй Цай. Ведь разрывы обеих цепей ДНК обычно ассоциируются с болезнями, вроде рака. Но здесь природа использует этот опасный инструмент во благо. Цикл «повредить-восстановить» может быть тем самым молекулярным пером, которым пишется наша личная история.

Более того, это открытие бросает новый свет на нейродегенеративные заболевания. Возможно, при болезни Альцгеймера этот тонкий механизм ломается. «Тогда сама работа по запоминанию начинает накапливать ошибки в ДНК нейронов», — предполагает соавтор исследования Елена Радулович. Страшная мысль: процесс, создающий воспоминания, может их же и разрушать, если система даёт сбой.

Память как воспалительная реакция: ваша ДНК под огнём

Связь разорванной ДНК с обучением учёные подозревали и раньше. Но теперь всё стало конкретнее. В эксперименте мышей учили бояться определённой среды, используя слабый электрошок. А потом заглянули в их нейроны гиппокампа. Оказалось, что через четыре дня после «урока» в части клеток бушевали гены воспаления. Через три недели всё стихло. Зачем этот шторм?

Всему виной белок TLR9 — тот самый, что обычно поднимает тревогу, обнаружив в клетке фрагменты чужой ДНК от вирусов. Но здесь он реагирует на собственную, порванную ДНК нейрона! Это как если бы охранник начал бить тревогу, увидев обломки собственных ворот. Самое интересное происходило в тех нейронах, где починка ДНК шла нестандартно — с участием центросомы, органеллы, обычно связанной с делением клеток. А зрелые нейроны не делятся! Значит, они приспособили старый инструмент для новой, экстренной работы по «зашиванию» воспоминаний.

Когда учёные «выключили» у мышей ген белка TLR9, животные перестали надолго запоминать страх. Они не замирали на месте в опасной комнате. Вывод? «Мы используем нашу собственную ДНК в качестве сигнальной системы», чтобы хранить информацию годами, — говорит Радулович. Наш мозг превращает генетический материал в носитель данных. Гениально и немного пугающе.

Инграммы и генетический «ремонт»: кто главный в памяти?

Но как это открытие сочетается с известной теорией «инграмм» — особых ансамблей нейронов, считающихся физическим следом памяти? Клетки с воспалением от разрывов ДНК — это в основном не те же самые инграммные нейроны. Что же они тогда делают?

«Формирование инграммы — событие настолько мощное, что после него вам придётся долго наводить порядок в доме», — образно комментирует нейробиолог Томас Райан. Возможно, повреждение и ремонт ДНК — это как раз и есть тот самый «наведённый порядок», последствия создания инграммы. Или же эти клетки кодируют что-то иное, вспомогательное.

Ясно одно: мы слишком мало знаем о том, что происходит внутри нейрона при запоминании. «Мы много знаем о связях между нейронами, но не так много о внутренней жизни самих клеток», — признаётся нейробиолог Клара Ортега де Сан-Луис. Это исследование — смелый шаг вглубь клетки, в ту самую мастерскую, где наши воспоминания куются из огня, разрывов и кропивого восстановления. Осталось понять, как именно возникает эта искра, рвущая ДНК, и происходит ли такое по всему мозгу. Приключение только начинается.