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).

принудительное вовлечение клеток в запоминание с их одновременным хемогенетическим захватом

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.

сравнение индукции экспрессии зеленого флуоресцентного белка промотором с-fos (слева) и e-sare (справа). рисунок из [40]

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




Как управлять экспрессией - Технологии изучения клеточных механизмов памяти

Предыдущая | Следующая