Биологи связали сбои в работе долговременной памяти с генетическими мутациями
Российские и американские молекулярные биологи обнаружили, что повреждение одного из концевых участков в РНК-копиях гена orb2, предположительно связанного с работой долговременной памяти, приводит к тому, что их носители теряют способность надолго запоминать информацию. Это открытие поможет в разработке терапий от нарушений в работе памяти и некоторых форм аутизма, сообщила пресс-служба Российского научного фонда (РНФ). Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда и опубликованного в журнале Cells, помогут в изучении и разработке терапии аутизма, нарушений памяти и некоторых типов рака, которые, как предполагают ученые, могут быть связаны с нарушениями функций родственников Orb2 в мозге человека.
«Нам еще предстоит выяснить, какова функциональная значимость этого участка orb2 и для каких этапов внутриклеточного распределения белков он важен. Нарушения в работе того семейства белков, которые кодируются orb2 и похожими на него генами, связывают с аутизмом и глиомами. Изучение их роли имеет значение как для углубления понимания работы нервной системы, так и для поиска новых мишеней для терапии когнитивных расстройств», – сообщил научный сотрудник Института биологии гена РАН (Москва) Евгений Козлов.
В прошлом, нейрофизиологи предполагали, что воспоминания хранятся в виде наборов электрических импульсов, которыми обмениваются клетки гиппокампа, центра памяти мозга. Это изменилось в 2012 году, когда американские молекулярные биологи открыли в гиппокампе мышей так называемые энграм-нейроны, в которых хранились конкретные воспоминания. Их открытие заставило нейрофизиологов предполагать, что память носит или чисто химическую, или электрохимическую природу. В последующие годы биологи смогли подавить, а потом восстановить конкретное воспоминание у нескольких мышей, а затем восстановить забытые знания у людей и даже заставить слизней обменяться воспоминаниями.
Как отмечают Козлов и его коллеги, ключевую роль в этих процессах предположительно играет белок Orb2, кодируемый одноименным геном orb2. Он представляет собой один из так называемых CPEB-пептидов, способных соединяться с большим числом РНК-копий генов и регулировать их активность. Последние опыты ученых на морских слизнях и мушках-дрозофилах показывают, что Orb2 играет важную роль в формировании скоплений белков, предположительно связанных с работой долговременной памяти.
Российские исследователи и их коллеги из США заинтересовались тем, как именно Orb2 управляет формированием долговременной памяти. Для получения подобных сведений исследователи проанализировали структуру пяти различных вариаций РНК-копий гена orb2, которые вырабатываются нервными клетками, и проследили за тем, как мутации в структуре самых длинных версий этих молекул влияют на работу памяти мушек-дрозофил.
Опыты показали, что мушки сохраняли краткосрочную и среднесрочную память, но при этом лишались способности запоминать информацию на долгое время, если в РНК-копиях гена orb2 был поврежден так называемый 3-UTR сегмент. Так биологи называют один из концевых участков молекул РНК, который не участвует в кодировании информации о структуре белка, но играет важную роль в определении уровня активности копии гена и ее стабильности.
Пока биологи не могут точно сказать, как именно повреждение 3-UTR сегмента в копиях гена orb2 приводит к потере долговременной памяти, так как Orb2 взаимодействует с многими сотнями других РНК-молекул. Последующие опыты на дрозофилах, как надеются ученые, дадут точный ответ на этот вопрос, что позволит приступить к созданию терапий, нацеленных на лечение болезней, приводящих к развитию сбоев в работе памяти.
Фото: Распределение белка Orb2 в мозге дрозофилы: WT — дикий тип, orb2R — мутанты. Препараты мечены антителами против белка Orb2 (зеленый) и DAPI (синий). Источник: Kozlov et al. / Cells, 2023.