Ученые из исследовательского центра Scripps Research разработали новый инструмент для мониторинга пластичности мозга – того, как наш мозг перестраивается и физически адаптируется в процессе обучения и получения опыта, начиная от просмотра фильма и заканчивая разучиванием новой песни или языка. Их подход, при котором измеряются белки, вырабатываемые отдельными типами клеток мозга, способен ответить на основные вопросы о том, как работает мозг, и пролить свет на многочисленные заболевания мозга, при которых пластичность нарушается.
Предыдущие эксперименты, проведенные в нескольких лабораториях, уже показали, как активность мозга вызывает изменения в экспрессии генов в нейронах, что является ранним этапом пластичности. Эксперименты команды, описанные 7 сентября в журнале “Journal of Neuroscience”, направлены на следующий важный этап пластичности – преобразование генетического кода в белки.
“Мы все еще не понимаем всех механизмов, лежащих в основе того, как клетки нашего мозга изменяются в ответ на переживания, но этот подход дает нам новое окно в этот процесс”, – говорит Холлис Клайн, доктор философии, профессор и заведующий кафедрой неврологии в Scripps Research и старший автор новой работы.
Когда вы узнаете что-то новое, происходят две вещи: Во-первых, нейроны немедленно передают электрические сигналы по новым маршрутам в вашем мозге. Затем, со временем, это приводит к изменениям в физической структуре клеток и их связей в мозге. Но ученых давно интересовало, что происходит между этими двумя этапами. Как эта электрическая активность нейронов в конечном итоге побуждает мозг к более длительным изменениям? И еще более интересно, как и почему эта пластичность снижается с возрастом и при некоторых заболеваниях?
Ранее исследователи изучали, как гены в нейронах включаются и выключаются в ответ на активность мозга, надеясь получить представление о пластичности. С появлением технологий высокопроизводительного секвенирования генов отследить гены таким образом стало относительно просто. Но большинство этих генов кодируют белки – настоящие рабочие лошадки клеток, уровень которых отслеживать сложнее. Но Клайн в тесном сотрудничестве с профессором Скриппса Джоном Йейтсом III, доктором философии, и доцентом Антоном Максимовым, доктором философии, хотели непосредственно посмотреть, как изменяются белки в мозге.
“Мы хотели прыгнуть в глубокий бассейн и посмотреть, какие белки важны для пластичности мозга”, – говорит Клайн.
Команда разработала систему, в которой они могли вводить специально помеченную аминокислоту – один из строительных блоков белков – в один тип нейронов за один раз. По мере того как клетки производили новые белки, они включали эту аминокислоту, азидонорлейцин, в свои структуры. Отслеживая, какие белки содержат азидонорлейцин с течением времени, исследователи могли следить за вновь создаваемыми белками и отличать их от ранее существовавших.
Группа Клайна использовала азидонорлейцин для отслеживания того, какие белки были созданы после того, как мыши испытали большой и широко распространенный всплеск активности мозга, имитирующий то, что происходит в меньшем масштабе, когда мы воспринимаем окружающий нас мир. Команда сосредоточилась на глутаматергических нейронах коры головного мозга – основном классе клеток мозга, ответственных за обработку сенсорной информации.
После повышения нейронной активности исследователи обнаружили, что в нейронах изменился уровень 300 различных белков. В то время как две трети из них увеличились во время всплеска активности мозга, синтез оставшейся трети снизился. Анализируя роль этих так называемых “белков-кандидатов пластичности”, Клайн и ее коллеги смогли получить общее представление о том, как они могут влиять на пластичность. Многие из белков связаны, например, со структурой и формой нейронов, а также с тем, как они общаются с другими клетками. Эти белки указывают на то, как активность мозга может сразу же начать влиять на связи между клетками.
Кроме того, ряд белков был связан с тем, как ДНК упакована внутри клеток; изменение этой упаковки может изменить гены, к которым клетка может получить доступ и использовать их в течение длительного периода времени. Это позволяет предположить, что очень короткий всплеск мозговой активности может привести к более длительной перестройке мозга.
“Это четкий механизм, с помощью которого изменение активности мозга может привести к волнам экспрессии генов в течение многих дней”, – говорит Клайн.
Исследователи надеются использовать этот метод для обнаружения и изучения других белков-кандидатов пластичности, например, тех, которые могут изменяться в различных типах клеток мозга после того, как животные увидят новый визуальный стимул. Клайн говорит, что их инструмент также может дать представление о заболеваниях и старении мозга, сравнивая, как мозговая активность влияет на производство белков в молодом и старом, здоровом и больном мозге.
Помимо Клайна, Йейтса и Максимова, авторами исследования являются Лучио Скиаппарелли, Йи Кси, Пранав Шарма, Дэниел Макклатчи и Юаньхуэй Ма из Scripps Research.
Меня тут бюро переводов в Бресте заинтересовало, мне кажется такая информация порадует и заинтересует очень многих. По этому, если вам это интересно, то стоит обязательно посмотреть.