Ученые из Юго-Западного университета определили ключевые гены, участвующие в мозговых волнах, которые играют ключевую роль в кодировании воспоминаний. Результаты исследования, опубликованные на этой неделе в журнале Nature Neuroscience, в конечном итоге могут быть использованы для разработки новых методов лечения людей с нарушениями потери памяти, такими как болезнь Альцгеймера и другие формы деменции.

Создание памяти включает в себя группы мозговых клеток, работающих совместно на различных частотах, явление, известное как нейронные колебания. Однако, как объясняют руководители исследования Брэдли С. Лега, доктор медицинских наук, доцент кафедры неврологической хирургии, неврологии и психиатрии, и Женевьева Конопка, доктор медицинских наук, доцент кафедры неврологии, генетическая основа этого процесса не ясна.

"В нейробиологии уже 100 лет существует известная поговорка: нейроны, которые срабатывают вместе, соединяются вместе", - говорит Лега. "Мы знаем, что клетки, участвующие в обучении огню, группируются и образуют новые связи из-за влияния этих колебаний. Но как гены регулируют этот процесс у людей, совершенно неизвестно."

Лега и Конопка, оба члены Института мозга Питера О'Доннелла-младшего, сотрудничали в предыдущем исследовании, чтобы исследовать этот вопрос, собирая данные о нейронных колебаниях у добровольцев и используя статистические методы, чтобы связать эту информацию с данными о генной активности, собранными из посмертного мозга. Хотя эти результаты выявили многообещающий список генов, говорит Конопка, в исследовании был существенный недостаток: колебания и генетические данные поступали от разных групп людей.

Совсем недавно дуэт воспользовался беспрецедентной возможностью—проведя аналогичное исследование на пациентах, перенесших операции, в которых поврежденные части их мозга были удалены, чтобы помочь контролировать их эпилепсию.

Исследователи работали с 16 добровольцами из Отделения мониторинга эпилепсии UT Southwestern, где пациенты с эпилепсией остаются в течение нескольких дней, прежде чем им делают операцию по удалению поврежденных частей мозга, которые вызывают приступы. Электроды, имплантированные в мозг этих пациентов в течение этого времени, не только помогают их хирургам точно определить очаг припадка, но и могут предоставить ценную информацию о внутренней работе мозга.

Записывая электрическую активность в мозге 16 добровольцев, исследователи заставляли их выполнять задания "свободного запоминания", которые включали чтение списка из 12 слов, выполнение короткой математической задачи, чтобы отвлечь их, а затем вспомнить как можно больше слов. Когда эти пациенты запоминали списки слов, их мозговые волны записывались, создавая набор данных, который немного отличался от человека к человеку.

Примерно через шесть недель каждый доброволец подвергся височной лобэктомии—удалению височной доли мозга—чтобы вылечить свои припадки. Эта область часто служит источником эпилептических припадков и также важна для формирования памяти. Через пять минут после операции поврежденную ткань мозга отправили на обработку для оценки генетической активности.

Команда Конопки впервые провела полное секвенирование РНК-метод, который идентифицирует активные гены, - в образцах височных долей, включающих все типы клеток мозга. Используя статистические методы, которые связывали эту активность с нейронными колебаниями пациентов во время задачи свободного вспоминания, исследователи идентифицировали 300 генов, которые, по-видимому, играли определенную роль в колебательной активности. Исследователи сузили это число до дюжины "узловых генов", которые, по-видимому, контролировали отдельные генные сети.

Затем исследователи изучили активность этих генов-концентраторов в отдельных типах клеток внутри образцов. Удивительно, но они обнаружили, что некоторые из этих центров были активны не в самих нервных клетках, а в другой популяции клеток, известной как глия. Эти клетки обеспечивают поддержку и защиту нервных клеток, включая производство жирового слоя, который изолирует нервные клетки, чтобы они могли эффективно передавать электрические сигналы.

Наконец, исследователи использовали метод под названием ATAC-seq, который идентифицирует области ДНК, открытые для молекул, называемых факторами транскрипции, которые присоединяются к генам и активируют их. Используя этот подход, они отточили SMAD3, ген, который, по-видимому, служит главным регулятором для контроля активности многих генов-концентраторов и генов, которые они контролируют в ответ.

Конопка и Лега отмечают, что некоторые из генов, которые они определили как важные в нейронных колебаниях человека, были связаны с другими расстройствами, которые могут влиять на обучение и память, такими как расстройство аутистического спектра, синдром дефицита внимания с гиперактивностью, биполярное расстройство и шизофрения. С дальнейшими исследованиями этих генов и сетей, в которых они работают, в конечном итоге может быть возможно нацелить отдельные гены с помощью фармацевтических препаратов для улучшения памяти у людей с этими и другими состояниями, говорят исследователи.

"Это дает нам точку входа", - говорит Конопка, ученый Джон Хайтен в области исследований аутизма. "Это то, на чем мы можем сосредоточиться, чтобы узнать больше об основах человеческой памяти."

ИСТОЧНИК