В четырех статьях, опубликованных в Neuron and Cell Reports, лаборатория доктора Кандела показывает, как прионоподобные белки — подобные прионам, вызывающим коровье бешенство у крупного рогатого скота и болезнь Крейтцфельда-Якоба у людей — имеют решающее значение для сохранения долговременной памяти в организме. мышей и, вероятно, других млекопитающих. Ведущими авторами четырех статей являются Луана Фиорити, Джозеф Стефан, Лука Колнаги и Беттина Дрисальди.
Когда в мозгу создаются долговременные воспоминания, между нейронами устанавливаются новые связи для хранения этих воспоминаний. Но эти физические связи должны поддерживаться для сохранения памяти, иначе они распадутся, и память исчезнет в течение нескольких дней. Многие исследователи искали молекулы, которые поддерживают долговременную память, но их идентичность так и осталась неуловимой.
Эти молекулы памяти являются нормальной версией прионных белков, согласно исследованию, проведенному нобелевским лауреатом Эриком Канделем, доктором медицины, профессором университета. Кавли, профессор мозговых наук, содиректор Колумбийского института мозгового поведения Мортимера Б. Цукермана, директор Института исследований мозга Кавли и старший научный сотрудник Медицинского института Говарда Хьюза в CUMC.
Прионы — производные от слов «белковые инфекционные частицы» — представляют собой уникальный класс белков. В отличие от других белков, они не только способны к самораспространению, но и побуждают другие белки принимать их альтернативную форму. Когда прионы образуются в клетке, особенно в нейроне, они вызывают повреждение, собираясь вместе в липкие агрегаты, которые нарушают клеточные процессы. Агрегаты прионов очень стабильны и накапливаются в инфицированной ткани, вызывая повреждение ткани и гибель клеток.
Умирающая клетка высвобождает прионные белки, которые затем поглощаются другими клетками и, таким образом, считаются заразными. Известно, что эти аномальные белки вызывают заболевание коровьего бешенства (губчатая энцефалопатия крупного рогатого скота). Они также были связаны с множеством нейродегенеративных заболеваний, включая болезнь Альцгеймера, Паркинсона и Хантингтона.Напротив, функциональные прионные белки могут играть физиологическую роль в клетке и не вносить вклад в заболевание.
Каусик Си и доктор Кандел впервые определили функциональные прионы у гигантского морского слизня (Aplysia) и обнаружили, что они способствуют поддержанию памяти. Совсем недавно лаборатория Кандела искала и обнаружила у мышей аналогичный белок, названный CPEB3.
В одном из многих экспериментов, описанных в статье Луаны Фиорити, исследователи заставляли мышей многократно перемещаться по лабиринту, позволяя животным создать долговременную память. Но когда исследователи отключили ген CPEB3 животного через две недели после того, как воспоминание было создано, оно исчезло.Затем исследователи обнаружили, как CPEB3 работает внутри нейронов для поддержания долговременной памяти. «Как и болезнетворные прионы, функциональные прионы бывают двух видов: растворимой и образующей агрегаты», — сказал он. Кандел. «Когда мы чему-то учимся и формируем долговременные воспоминания, создаются новые синаптические связи, растворимые прионы в этих синапсах превращаются в агрегированные прионы.
Агрегированные прионы включают синтез белка, необходимый для поддержания памяти».По словам Кандела, до тех пор, пока присутствуют эти совокупности, сохраняются долговременные воспоминания. Прионные агрегаты обновляются за счет постоянного привлечения вновь образованных растворимых прионов в агрегаты. «Текущее обслуживание имеет решающее значение», — сказал д-р Кандел. «Так вы запомните, например, свою первую любовь на всю оставшуюся жизнь».Подобный белок существует у людей, что позволяет предположить, что тот же механизм работает в человеческом мозге, но необходимы дополнительные исследования. «Возможно, он играет такую ??же роль в памяти, но пока это не будет исследовано, мы не узнаем», — сказал доктор Кандел.
«Вероятно, здесь задействованы и другие регуляторные компоненты», — добавил он. «Долговременная память — сложный процесс, поэтому я сомневаюсь, что это единственный важный фактор.