«Этот белок не токсичен; он важен для сохранения памяти», — говорит исследователь Стоуэрса Каусик Си, доктор философии, руководивший исследованием. Си объясняет, что для того, чтобы гарантировать создание долговременных воспоминаний только в соответствующих нервных цепях, белок должен строго регулироваться, чтобы он принимал свою прионоподобную форму только в ответ на определенные стимулы. Он и его коллеги сообщают о биохимических изменениях, которые делают эту точность возможной.
Лаборатория Си сосредоточена на обнаружении молекулярных изменений, которые кодируют память в определенных нейронах, поскольку она сохраняется в течение дней, месяцев или лет — даже когда белки клеток разрушаются и обновляются. Их исследования все чаще указывают на прионоподобные белки как на важнейшие регуляторы долговременной памяти.В 2012 году группа Си продемонстрировала, что образование прионов в нервных клетках необходимо для сохранения долговременной памяти у плодовых мух. Прионы являются подходящим кандидатом для этой работы, потому что их преобразование является самоподдерживающимся: как только прион-образующий белок принимает форму приона, дополнительные белки продолжают преобразовываться без каких-либо дополнительных стимулов.
Команда Си обнаружила, что у плодовых мух прионообразующий белок Orb2 необходим для сохранения воспоминаний. Мухи, производящие мутировавшую версию Orb2, неспособную образовывать прионы, обучаются новому поведению, но их память недолговечна. «По прошествии дня воспоминания становятся нестабильными. К трем дням воспоминания полностью исчезают», — объясняет Си.В новом исследовании Си хотел выяснить, как можно контролировать этот процесс, чтобы воспоминания формировались в нужное время. «Мы знаем, что не все переживания формируют долговременную память — каким-то образом нервная система имеет способ различать.
Поэтому, если образование прионов является биохимической основой памяти, оно должно регулироваться». Си говорит. «Но образование прионов кажется случайным во всех случаях, о которых мы знаем до сих пор».
Си и его коллеги знали, что Orb2 существует в двух формах — Orb2A и Orb2B. Orb2B широко распространен в нервной системе плодовой мушки, но Orb2A появляется только в нескольких нейронах в чрезвычайно низких концентрациях. Более того, как только он будет произведен, Orb2A быстро развалится; у белка есть период полураспада всего около часа.
"Когда Orb2A связывается с более распространенной формой, он запускает преобразование в прионное состояние, действуя как затравка для преобразования. Как только преобразование начинается, это самоподдерживающийся процесс; дополнительный Orb2 продолжает преобразовываться в прионное состояние с или Без Orb2A. Изменяя количество семян Orb2A, — говорит Си, — клетки могут регулировать, где, когда и как происходит процесс преобразования.
Но как нервные клетки контролируют количество семян Orb2A?Их эксперименты показали, что когда белок, называемый TOB, связывается с Orb2A, он становится намного более стабильным с новым периодом полураспада, равным 24 часам. Этот шаг увеличивает распространенность прионоподобного состояния и объясняет, как преобразование Orb2 в прионное состояние может быть ограничено как во времени, так и в пространстве.
Полученные данные поднимают множество новых вопросов для Si, который теперь хочет понять, что происходит, когда Orb2 входит в свое прионоподобное состояние, а также где в мозге происходит этот процесс. Хотя раскрытие этих механизмов, вероятно, будет более доступным для плодовой мушки, чем для более сложных организмов, Si указывает, что белки, связанные с Orb2 и TOB, также были обнаружены в мозге мышей и людей.
Он уже показал, что в аплизии морской улитки переход в прионоподобное состояние способствует долгосрочному изменению синаптической силы. «Этот основной механизм, по-видимому, сохраняется у разных видов», — отмечает он.Исследователи, которые также внесли свой вклад в работу, включают Лийин Ли и Репон Мохаммад Хан из отделения молекулярной и интегративной физиологии в Медицинском центре Канзасского университета, а также Эрику Уайт-Гриндли, Фенчжэнь Рен, Аниту Сараф и Лоуренс Флоренс из Медицинского института Стоуэрса. Исследовать.
Исследование финансировалось Институтом медицинских исследований Стоуэрса.