Как управлять экспрессией - Технологии изучения клеточных механизмов памяти
Понимание того, каким же образом сигнал, поступающий к клетке, передается на немедленные ранние гены и приводит к их активации, позволяет влиять на их экспрессию. Итак, поступающий сигнал сперва активирует транскрипционные факторы немедленных ранних генов*, терпеливо дожидающиеся как раз для такого случая. После активации транскрипционные факторы приобретают способность связываться с промоторами немедленных ранних генов, что они и делают, запуская экспрессию последних.
Один из таких транскрипционных факторов -- белок СREB (сAMP response element-binding protein), который связывается с регуляторной последовательностью CRE (cAMP response element) в составе промоторов таких ранних генов, как c-fos и Arc [38]. CREB влияет на то, какие из нейронов, участвовавших в обработке поступившей информации, вовлекаются в ее запоминание. Оказывается, что вовлекаются преимущественно клетки с более высокой концентрацией CREB [38]. Такое обстоятельство позволяет не только улучшить качество имиджинга сети памяти, но и пополнить запас методик по манипулированию ею. Речь идет о том, что клетки можно принудительно вовлекать в запоминание, нарабатывая в них большие количества CREB, и одновременно хемогенетически захватывать их, синтезируя в сопряжении с ним "орудие" манипулирования (рис. 11).
Рисунок 11. Принудительное вовлечение клеток в запоминание с их одновременным хемогенетическим захватом. а -- В клетках трансгенной мыши экспрессия рецепторов к дифтерийному токсину (DTR) может быть вызвана активностью Cre-рекомбиназы (внизу).
Вектор, несущий гены CREB и Cre-рекомбиназы, вводится локально в желаемые области мозга, где он встраивается в ДНК и начинает экспрессироваться. Cre-рекомбиназа вырезает stop-последовательность и запускает экспрессию рецепторов к дифтерийному токсину, которые сразу же встраиваются в цитоплазматическую мембрану (вверху). б -- Мышь приобретает новый опыт, в ходе чего в запоминание вовлекаются клетки, синтезировавшие дополнительные количества CREB (они же чувствительны к дифтерийному токсину). в -- Введение дифтерийного токсина (DT) вызывает гибель клеток и, как следствие, потерю памяти [38]. Рисунок из [44], с изменениями.
Преимущественное вовлечение в запоминание нейронов с повышенной концентрацией CREB обусловлено изменением под его влиянием экспрессии целого ряда генов: CREB является транскрипционным фактором для всех генов, содержащих CRE в составе промотора, в том числе кодирующих мембранные ионные каналы, что приводит к повышению возбудимости этих нейронов [39]. Увеличивая долю активного CREB в головном мозге, можно было бы усилить формирование памяти (новое направление для разработки ноотропов?).
Более детальное исследование промоторов немедленных ранних генов позволяет обнаруживать в них последовательности, наиболее сильно реагирующие на активность нейронов. Существует синтетический промоторE-SARE (enhanced synaptic activity-responsive element), полученный путем повторов одной из таких последовательностей, найденной в гене Arc. С ней связываются аж три различных активностно-зависимых транскрипционных фактора. E-SARE обеспечивает, например, в 20 раз более сильную экспрессию по сравнению с промотором c-fos (рис. 12). Используя E-SARE вместо "родных" промоторов немедленных ранних генов, можно получать и соответствующее повышение качества визуализации и манипулирования сетями памяти [40].
Мы видим, что сегодня объединение методов рекомбинантной ДНК с методами селекции мышей [41], а также развитие оптических технологий, разрешающих работу на клеточном и молекулярном уровнях (флуоресцентной микроскопии, оптоволоконных технологий и пр.) предоставляют инструменты, которые, вероятно, и не снились пионерам нейробиологии.
Рисунок 12. Сравнение индукции экспрессии зеленого флуоресцентного белка промотором с-fos (слева) и E-SARE (справа). Рисунок из [40].
Генетический нервный рибонуклеиновый нейрон
В общем-то, еще никогда человечество не было так близко к разгадке того, как элементарные процессы в нейронах порождают когнитивные функции и сложные формы памяти, как целое становится чем-то большим, чем сумма частей. Как, в конце концов, порождается сознание -- потому что моменты воспроизведения эпизодической памяти и есть моменты возникновения сознания [2]. Остается надеяться, что правы футурологи, которые ожидают в качестве одного из фундаментальных открытий XXI века понимание принципов работы головного мозга.
Похожие статьи
-
Чем занимаются немедленные ранние гены в клетке? - Технологии изучения клеточных механизмов памяти
Некоторые из них кодируют транскрипционные факторы для структурных генов, другими словами, регулируют уровни их экспрессии [3]. Это очень важная функция,...
-
Как увидеть память - Технологии изучения клеточных механизмов памяти
Итак, экспрессия многих генов зависит от нейронной активности, соответственно, этот феномен получил название активностно-зависимой генной экспрессии. А...
-
Если возбуждение нейронов, активировавшихся при восприятии нами информации из внешней среды, поддерживается длительно, то сигнал доходит до их ядер и...
-
Как управлять памятью - Технологии изучения клеточных механизмов памяти
Что, если создать трансгенных мышей, у которых, как и у уже рассмотренных, промотор немедленных ранних генов находится под контролем системы tTA-tetO или...
-
Технологии изучения клеточных механизмов памяти - Технологии изучения клеточных механизмов памяти
Автор: Субботина А. Фундамент учения дуализма серьезно пошатнулся еще во второй половине XIX века наблюдением за отклонениями психической деятельности у...
-
Литература - Технологии изучения клеточных механизмов памяти
1. Han J. H., Kushner S. A., Yiu A. P., Cole C. J., Matynia A., Brown R. A. et al. (2007). Neuronal competition and selection during memory formation....
-
В сфере научных интересов сразу несколько направлений. Во-первых, применение стволовых клеток пуповинной крови и костного мозга при нейродегенеративных...
-
Физиологические механизмы памяти - Биосоциальная сущность человека
Для адаптации индивидуального поведения к окружающей среде, тем более для осуществления разнообразной высшей нервной деятельности, человеку, равно как и...
-
Молекулярные механизмы регуляции клеточной смерти - Биологические механизмы жизненного цикла клетки
Апоптоз - многоэтапный процесс. Первый этап - прием сигнала, предвестника гибели в виде информации, поступающей к клетке извне или возникающей в недрах...
-
Виды клеточной смерти - Биологические механизмы жизненного цикла клетки
Гибель (смерть) отдельных клеток или целых их групп постоянно встречается у многоклеточных организмов, также как гибель одноклеточных организмов. Причины...
-
Регуляция транскрипции в клетках осуществляется на уровне индивидуальных генов, их блоков и даже целых хромосом. Возможность управления многими генами,...
-
Мышечная дистрофия - одно из самых тяжелых заболеваний опронодвигательного аппарата. В настоящее время нет лекарства на основе стволовых клеток для...
-
Экспрессия генов - Экспрессия генов
Экспрессия генов -- это процесс, в ходе которого наследственная информация от гена (последовательности нуклеотидов ДНК) преобразуется в функциональный...
-
Функция мозжечка заключается в контроле над всеми видами движений. Он "программирует" координацию многочисленных отдельных движений, составляющих один...
-
На плотных питательных средах микробы растут в виде колоний. Колонии разных микробов отличаются по форме, размерам, консистенции, цвету и другим...
-
Генетические методы изучения биопленок - Использование микробных биопленок в промышленности
Для выявления генов, участвующих в генетическом контроле любого процесса, используются методы направленного и ненаправленного (инсерционного)...
-
Регуляция после транскрипции, Моноаллельная экспрессия генов - Экспрессия генов
МикроРНК -- это короткие (18--25 нуклеотидов) последовательности односпиральной РНК, вызывают подавление экспрессии генов. МикроРНК связываются со своей...
-
Введение - Регуляция экспрессии генов у прокариот
Экспрессия гена - реализация генетической информации, закодированной в ДНК. Осуществляется в процессах транскрипции и трансляции. В более полном смысле...
-
ВИДЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ПАМЯТИ. - Память
Биологическая память - это фундаментальное свойство живой материи приобретать, сохранять и воспроизводить информацию. Различают три вида биологической...
-
Механизм дробления - Дробление, его характеристика у разных животных. Типы бластул
Клеточный цикл соматических клеток делится на четыре стадии (фазы). За митозом (М) следует пресинтетический период (G1), после которого происходит синтез...
-
Жизненный цикл клетки - Биологические механизмы жизненного цикла клетки
Биологический клетка деление До сих пор много тайн клетки остаются неразгаданными. Загадочным во многом остается и запрограммированный генетически...
-
Тотипотентность клеток - Клеточная теория
Как же возникают разнообразные типы клеток в многоклеточных организмах? Известно, что организм человека, развившийся всего из одной исходной клетки,...
-
Клетки и многоклеточный организм - Клеточная теория
Роль отдельных клеток во многоклеточном организме подвергалась неоднократному обсуждению и критике и претерпела наибольшие изменения. Т. Шванн...
-
Количественный анализ экспрессии генов - Экспрессия генов
Количественный анализ экспрессии генов -- анализ транскриптома, измерение транскрипционной активности гена, с помощью определения количества его...
-
В каждом организме (животном, растительном или микробной клетке) все время происходят сложные процессы превращения веществ. Велика роль в этих процессах...
-
Некротическая, беспрограммная форма гибели наиболее характерна для сильных воздействий, например, для облучения клеток и организма в высоких, летальных...
-
Транскрипция и трансляция - Экспрессия генов
У прокариота и эукариота гены представляют собой последовательности нуклеотидов ДНК. На матрице ДНК происходит транскрипция -- синтез комплементарной...
-
Механизм экзоцитоза медиатора - Нервно-мышечная физиология
Для экзоцитоза необходимы ионы кальция, которые входят в терминаль через кальциевые каналы и белки экзоцитоза. Среди них синаптотагмин, синаптобревин,...
-
Основные пути регуляции экспрессии генов - Экспрессия генов
Конечным результатом экспрессии любого известного гена на молекулярном уровне является образование молекул РНК или белка, информация о первичной...
-
Основные методы, которые были использованы при исследовании видов рода Amanita Fr. - это среднемасштабный маршрутный метод исследования микобиоты и...
-
Общие методы изучения вирусов - Строгие постулаты Коха
О присутствии вируса в организме как при спонтанном заболевании, так и при экспериментальном заражении хозяина судят по появлению тех или иных...
-
Поражаемая система, Механизм действия - Токсикология мышьяка
Различают следующие типы отравлений мышьяком, которые могут явиться причиной летальных исходов: Паралитический, возникающий при огромных дозах мышьяка;...
-
Биологические виды, Изоляция и видообразование - Механизмы эволюции
Вплоть до XVII в. исследователи опирались на представление о виде, созданное еще Аристотелем, который воспринимал виды как совокупности сходных особей....
-
Строение клеток, Прокариотическая клетка - Клеточная теория
Все клеточные формы жизни на земле можно разделить на два надцарства на основании строения составляющих их клеток -- Прокариоты (предъядерные) и...
-
Клеточная теория - Цитологические исследования
Клетки - это структурные единицы организмов. Впервые этот термин употребил Роберт Гук в 1665 году. К XIX веку усилиями многих ученых (особенно Маттиаса...
-
ИМПРИНТИНГ - [англ. Imprinting отпечатывать, запечатлевать] - Запечатление - закрепление в памяти животных на раннем периоде развития отличительных...
-
Память человека и аналогия в информатике
К информационному толкованию "жизненной силы" наиболее приблизились виталисты, которых нещадно критиковали те, кто позже объявил генетику и кибернетику...
-
Парентеральное питание, включающее аминокислоты, жировые эмульсии и растворы глюкозы, занимает одно из ведущих мест в системе лечения больных отделений...
-
Терминация - Молекулярный механизм репликации ДНК
После завершения репликации хромосомы 5'-концы дочерних цепей ДНК недостроены, так как после удаления праймеров эти фрагменты оказываются...
-
Элементарные вкусовые ощущения - Анализаторы пищи
В 1752году М. В. Ломоносов предложил одну из первых классификаций вкуса. Он писал: "Главные из более отчетливых вкусовых ощущений такие: 1) вкус кислый,...
Как управлять экспрессией - Технологии изучения клеточных механизмов памяти