Биологические науки/9. Биохимия и биофизика

Ишкинин Р.Э., д.б.н. Князева О.а.

Башкирский государственный медицинский университет

ОБРАЗОВАНИЕ синаптических СВЯЗЕЙ МЕЖДУ

ГРУППАМИ НЕЙРОНОВ ПРИ ЗАПОМИНАНИИ

(гипотеза)

В последние десятилетия с большой интенсивностью ведутся исследования механизмов нейрологической памяти. Но, несмотря на огромный объем экспериментального материала и постоянное совершенствование техники, широкий круг вопросов остается пока невыясненным и попытки создания единой стройной теории сталкиваются с существенными трудностями.

Образование новых синаптических связей является одним из ключевых моментов формирования долговременной памяти. Поэтому на основании уже известных фактов нами предложена гипотеза, которая может раскрыть один из аспектов этого сложного явления.

Для обоснования выдвигаемой гипотезы были использованы следующие известные факты [1-7]:

1. Количество синапсов увеличивается с приобретением опыта.

2. Движение медиаторов в нейроно-глиальных щелях влияет на локализацию нейрорецепторов. Рецепторы, вытесненные из синаптической щели, кластеризуются у квазистационарных точек, образуя на нейроне мозаику метаботропных рецептивных кластеров (МРК).

3. Медиаторы, интерферирующие за пределами синапсов, управляют локальными конформациями МРК.

4. Формирование пищевых условных рефлексов у крыс сопровождается повышением содержания РНК в ядре и цитоплазме.

5. При формировании условных рефлексов увеличивается степень метилирования ДНК мозга. Гиперметилирование CpG-островков в промоторных областях генов, приводит к устойчивой репрессии транскрипции. Репрессия транскрипции в этом случае опосредована метилцитозин-связывающими белками, которые способны связываться с метилированными CpG-динуклеотидами.

6. Ингибирование белка РР1 приводит к уменьшению проблем с памятью.

7. Фактор роста нервов (NGF) вызывает рост аксонов: способствует их ветвлению и небольшому удлинению. NGF связывается, по меньшей мере, c двумя классами рецепторов: LNGFR и TrkA.

8. Трофические эффекты NGF могут передаваться на развивающиеся нейроны в виде ретроградного транспорта NGF от нервных терминалей в тела клеток. NGF активно захватывается в нервные терминали и транспортируется ретроградно в сому.

9. Если NGF вводится взрослым крысам, у них улучшается выполнение пространственных задач.

10. VGF - белок, участвующий в регулировании энергетического гомеостаза, метаболизма и синаптической пластичности. Экспрессия белка VGF индуцируется нейротрофными факторами NGF, BDNF и нейротрофином-3. Сниженная экспрессия VGF отмечается при болезни Альцгеймера, с развитием которой происходит потеря долговременной памяти.

Исходя из вышеперечисленного, можно предположить, что при прохождении импульса по аксону к терминали в синаптическую щель, выделяется нейромедиатор, который взаимодействует с постсинаптической мембраной и частично вымывается в нейроглиальную щель. Там он взаимодействует с метаботропными рецепторами, расположенными на соседних нейронах. Под действием медиатора происходят конформационные изменения рецептора, что увеличивает чувствительность к медиатору (эти изменения лежат в основе образования временной связи между группами нейронов при кратковременной памяти). Метаботропный рецептор передает сигнал внутрь клетки и многократно его усиливает. При этом образуется цАМФ, которая активирует протеинкиназу А. Протеинкиназа А фосфорилирует многие белки (в том числе ферменты), что может приводить к возникновению эндогенного спайка. Также протеинкиназа действует на ядерные белки. К таким белкам относится ДНК-метилтрансфераза (DNMT).

Метилирование ДНК заключается в присоединении метильной группы к цитозину в составе CpG-динуклеотида в позиции С5 цитозинового кольца. Гиперметилирование CpG-островков в промоторных областях генов, приводит к устойчивой репрессии транскрипции. К белкам репрессорам относятся метилцитозин-связывающие белки. Возможно к ним также относится белок РР1. Так как содержание РНК увеличивается, значительная часть генов растормаживается. Поэтому можно предположить, что кодируемые активированными генами белки ответственны за формирование синапсов.

К одним из таких белков можно отнести NGF, который выходит в нейроглиальную щель и связывается c двумя классами рецепторов: LNGFR и TrkA. NGF активно захватывается в нервные терминали и транспортируется ретроградно в сому, где действует на экспрессию VGF и других белков, участвующих в образование синапса. Белок VGF участвует в регулировании энергетического гомеостаза, метаболизма и синаптической пластичности. Это приводит к тому, что мембрана нейрона начинает расти к месту секреции NGF (хемотаксис). Когда две мембраны сближаются, между ними образуется синапс, образование которого следует считать завершением формирования долговременной памяти.

Литература

1. Ашмарина И.П., Стукалова П.В. (ред.) Нейрохимия: Учебник для биологических и медицинских вузов. – 2-е изд. – М.: Институт биомедицинской химии РАМН, 1996. – 470 с.

2. Медиаторы и синапсы. Учебное пособие / Зефиров А.Л., Черанов С.Ю., Гиниатуллин Р.А., Ситдикова Г.Ф., Гришин С.Н. - Казань: КГМУ, 2003. – 65 с.

3. Никольский Е. Е. Молекулярные механизмы передачи информации через синапсы химического типа // Казан. мед. журн. – 2010. – Т. 91, № 4. – С. 433–437.

4. Скребицкий В.Г. Синаптическая пластичность как проблема нейрофизиологии. //Вестник РФФИ. – 2004. – Т.4. – С. 65-81.

5. Радченко А. Н. Информационный ключ к памяти мозга // Труды СПИИРАН. Вып. 3, т. 2. СПб: Наука, 2006. – С. 269–286.

6. Тушмалова Н.А. Современные представления о макромолекулярных механизмах памяти//Исследование памяти / Под ред. Н.Н. Корж. М., 2009. – С. 137–145.

7. Daniel Bushey, Giulio Tononi, Chiara Cirelli. Sleep and Synaptic Homeostasis: Structural Evidence in Drosophila // Science. – 2011. – V. 332. – P. 1576–1581.