Изменение мышления: один белок, по-видимому, контролирует способность нейронов реагировать на новый опыт

Нейробиологи из Массачусетского технологического института показали, что белок Arc необходим нейронам, подобным этому, для адаптации их ответов на новые сенсорные стимулы. (Синий кружок – это ядро ​​нейрона, а красные нити – актиновые нити.) Изображение: Джейсон Шеперд

(PhysOrg.com) – Пластичность – способность мозга изменяться в ответ на внешнее воздействие – имеет решающее значение для большинства когнитивных функций, включая обучение и память. Эти изменения обычно связаны с усилением или ослаблением синапсов, связей между клетками мозга (нейронами).

Нейробиологи из Массачусетского технологического института обнаружили, что один белок, известный как Arc, по-видимому, контролирует способность нейронов укреплять и ослаблять свои синапсы, регулируя количество рецепторов нейротрансмиттеров на их поверхности. Это открытие может помочь исследователям определить новые лекарственные мишени для синдромов ломкой X-хромосомы и синдромов Ангельмана – унаследованных форм умственной отсталости, которые были связаны с дефицитом дуги.

«Чем больше мы понимаем цепочку клеточных событий, в которых участвует Arc, тем лучше мы можем идентифицировать конкретные цели, в которые мы могли бы вмешаться», – говорит Мриганка Сур, глава отдела мозга и когнитивных наук Массачусетского технологического института (BCS).

Сур и Марк Беар, профессор нейробиологии Пикауэра, являются старшими авторами статьи о работе, опубликованной 14 марта в онлайн-выпуске журнала Nature Neuroscience.

Удивительное открытие

Джейсон Шеперд, соавтор статьи и научный сотрудник лаборатории Медведя, начал изучать Арк в качестве аспиранта Университета Джонса Хопкинса. Он и его коллеги показали, что Arc ослабляет синапсы, удаляя рецепторы глутамата, нейромедиатора, который стимулирует активность нейронов, из мембран нейронных клеток. Они также обнаружили, что при отключении гена Arc у мышей они теряют способность формировать долговременные воспоминания.

В новом исследовании Шеперд и со-ведущий автор Кортина МакКарри, недавно получившая докторскую степень в BCS, провели серию экспериментов, призванных определить роль Arc в зрительной коре головного мозга мышей. Они начали с классической экспериментальной установки, которая включает закрытие одного глаза на два дня, лишение глаза визуальной информации. У нормальных мышей это усиливает синапсы в той части коры, которая получает входной сигнал от открытого глаза, и ослабляет их в корковых клетках, подключенных к закрытому глазу.

Шеперд и МакКарри провели свои эксперименты на мышах с мутацией в гене Arc, которая делает белок неэффективным. Из-за известной роли Arc в ослаблении синапсов они ожидали, что мыши без Arc не покажут какого-либо синаптического ослабления из-за закрытого глаза. Это предсказание сбылось, но, к удивлению исследователей, они обнаружили, что синаптическое усиление, обычно наблюдаемое при открытом глазу, также исчезло.

«Если вы отключите ген, вы не получите ни одного ответа», – говорит Шеперд. «Мозг совершенно не реагирует на изменения в сенсорной информации.”

Они наблюдали такое же отсутствие пластичности в исследованиях мышей с дефицитом Arc, которые неоднократно подвергались воздействию одного и того же визуального стимула (например, горизонтальной полосы), который обычно провоцирует нейроны усиливать их реакцию на этот конкретный стимул.

По словам исследователей, результаты показывают, что Arc играет косвенную роль во внедрении рецепторов глутамата в клеточную мембрану, а также ранее известную роль в их удалении. «Замечательно обнаружить, что один единственный ген и его белок так ответственны» в различных типах пластичности, – говорит Сур.

В то время как другие показали в экспериментах с нейронами, что Arc, по-видимому, играет роль как в подавлении, так и в стимулировании синапсов, эта статья является первой, демонстрирующей этот эффект у живых животных, – говорит Хей-Кён Ли, доцент биологии Университета Мэриленда. , который не участвовал в исследовании. «Настоящая статья ясно показывает, что Arc играет решающую роль в формировании кортикальных синапсов с помощью сенсорного опыта», – говорит она.

Shepherd планирует эксперименты по визуализации белка Arc в отдельных клетках зрительной коры. Он также планирует продолжить изучение роли белка в синдромах ломкой Х-хромосомы и Ангельмана.

Оставьте комментарий