Американские исследователи показали, что инъекция экстракта РНК из нервных узлов обученной улитки аплизии в нервную систему необученной улитки индуцирует эффект обучения у второй особи. Другими словами, пересадка РНК поспособствовала пересадке памяти о формировании защитного рефлекса. Таким образом ученые подтвердили гипотезу о роли эпигенетических изменений в процессе формирования долговременной памяти у моллюсков. Работа опубликована в журнале с открытым доступом eNeuro, а с комментариями исследователей можно ознакомиться в пресс-релизе университета Калифорнии в Лос-Анджелесе.
Согласно распространенной гипотезе, формирование долговременной памяти происходит благодаря усилению синаптических связей между нейронами, которое происходит за счет увеличения количества выбрасываемых нейромедиаторов, а также за счет увеличения количества синаптических контактов. Однако в последнее время молекулярные исследования формирования памяти отдают значительную роль в этом процессе некодирующим РНК, которые индуцируют эпигенетические изменения в самих нейронах. Эпигенетическая регуляция подразумевает обратимое изменение экспрессии генов, которое может достигаться, например, за счет химической модификации ДНК.
Один из самых популярных объектов для изучения формирования памяти у нейробиологов — это морской моллюск аплизия (Aplysia californica). Нервная система этого моллюска состоит всего из нескольких тысяч крупных нейронов, что позволяет легко их изолировать. Одно из явлений, отражающих формирование долговременного рефлекса — сенситизация моллюска в ответ на раздражающий стимул. В процессе обучения животное заставляют втягивать сифон в ответ на легкий удар тока. После формирования рефлекса даже легкое прикосновение заставляет моллюска сильно втягивать сифон.
Ученые из университета Калифорнии в Лос-Анджелесе под руководством Дэвида Глэнцмана (David Glanzman) проверили вклад некодирующих РНК в формирование долговременной памяти аплизии путем инъекции экстракта РНК из нервной системы обученного моллюска в нервную систему необученного. Оказалось, что введение РНК способствует формированию защитного рефлекса у необученного животного, то есть пересадка РНК буквально соответствует пересадке памяти между особями. Оказалось, что после инъекции «обученной» РНК увеличивается возбудимость сенсорных нейронов необученных животных, но не моторных. Инъекция РНК от контрольных необученных моллюсков не вызывала такого эффекта.
Чтобы подтвердить роль эпигенетических изменений в процессе переноса памяти, ученые повторили эксперимент в присутствии ингибитора метилирования ДНК. В этом эксперименте пересадка рефлекса не удалась. Таким образом, химические модификации ДНК, а именно, метилирование, действительно играют первоочередную роль в процессе формирования памяти.
Авторы обсуждаемой работы подчеркивают, что память может «храниться» вне межнейронных синапсов, а при помощи РНК, возможно, в будущем можно будет модулировать воспоминания.
Для направленного изменения воспоминаний ученые активно используют методы оптогенетики — так, при помощи фотоактивации нейронной цепочки, связанной с формированием страха, исследователи внедрили мышам ложные воспоминания о том, что их били током.
Дарья Спасская