Ученые из Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна обнаружили, что невозможно создать долговременные воспоминания без повреждения ДНК и воспаления мозга. Их удивительные результаты были опубликованы сегодня в журнале Nature.
«Воспаление нейронов головного мозга обычно считается плохим явлением, поскольку оно может привести к неврологическим проблемам, таким как болезнь Альцгеймера и Паркинсона», — сказала руководитель исследования Елена Радулович. «Но наши результаты показывают, что воспаление в определенных нейронах в области гиппокампа мозга имеет важное значение для создания долговременных воспоминаний».
Гиппокамп уже давно известен как центр памяти мозга. Доктор Радулович и ее коллеги обнаружили, что стимул запускает цикл повреждения и восстановления ДНК в определенных нейронах гиппокампа, что приводит к формированию стабильных агрегатов памяти — кластеров клеток мозга, которые представляют наш прошлый опыт.
Исследователи обнаружили этот механизм формирования памяти, подвергая мышей кратким, легким электрошокам, достаточным для формирования воспоминаний о шоковом событии (эпизодическая память). Затем они проанализировали нейроны в области гиппокампа и обнаружили, что были активированы гены, участвующие в важном воспалительном сигнальном пути.
«Мы наблюдали сильную активацию генов, участвующих в пути Toll-подобного рецептора 9 (TLR9)», — сказала Радулович. «Этот воспалительный путь наиболее известен тем, что вызывает иммунные реакции путем обнаружения небольших фрагментов ДНК патогена. Поэтому сначала мы предположили, что путь TLR9 активировался из-за инфекции у мышей. Но присмотревшись, мы, к нашему удивлению, обнаружили, что TLR9 активируется только в кластерах клеток гиппокампа, в которых обнаружено повреждение ДНК».
Мозговая деятельность обычно вызывает небольшие разрывы в ДНК, которые восстанавливаются в течение нескольких минут. Но в этой популяции нейронов гиппокампа повреждение ДНК оказалось более существенным и устойчивым.
Дальнейший анализ показал, что фрагменты ДНК вместе с другими молекулами, возникающими в результате повреждения ДНК, высвобождались из ядра, после чего активировался воспалительный путь нейронов TLR9; этот путь, в свою очередь, стимулировал образование комплексов репарации ДНК в необычном месте: центросомах. Эти органеллы присутствуют в цитоплазме большинства клеток животных и необходимы для координации деления клеток. Но в нейронах, которые не делятся, стимулированные центросомы участвовали в циклах восстановления ДНК, которые, по-видимому, организовывали отдельные нейроны в комплексы памяти.
«Деление клеток и иммунный ответ сохранялись у животных на протяжении миллионов лет, что позволяло жизни продолжаться, одновременно обеспечивая защиту от чужеродных патогенов», — сказала Радулович. «Вполне вероятно, что в ходе эволюции нейроны гиппокампа переняли этот иммунный механизм памяти, объединив путь TLR9, чувствительный к ДНК иммунного ответа, с функцией центросомы восстановления ДНК для формирования воспоминаний без перехода к делению клеток».
В течение недели, необходимой для завершения воспалительного процесса, нейроны, кодирующие память мыши, изменились различными способами, в том числе стали более устойчивыми к новым или подобным раздражителям окружающей среды. «Это примечательно, — сказала Радулович, — потому что мы постоянно наводнены информацией, а нейронам, которые кодируют воспоминания, необходимо сохранять уже полученную информацию и не «отвлекаться» на новые входные данные».
Важно отметить, что исследователи обнаружили, что блокирование воспалительного пути TLR9 в нейронах гиппокампа не только не позволяет мышам формировать долговременную память, но и вызывает глубокую геномную нестабильность, то есть высокую частоту повреждений ДНК в этих нейронах.
«Геномная нестабильность считается признаком ускоренного старения, а также рака, психиатрических и нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера», — сказала Радулович. «Для облегчения симптомов длительного COVID были предложены препараты, ингибирующие путь TLR9. Но необходимо проявлять осторожность, поскольку полное ингибирование пути TLR9 может представлять значительный риск для здоровья».
