Біологія
Біологія

Численні розриви ДНК пов'язали з механізмами навчання й пам'яті

Під час стресу в клітинах мозку відбуваються численні дволанцюгові розриви ДНК, масштаб яких дотепер недооцінювали. Це дає змогу швидко експресувати гени, які залучені до формування спогадів, зазначають науковці зі США у статті журналу PLOS ONE.

Shutterstock

Shutterstock

Що спонукало вчених це вивчати?

Раніше наукові дослідження показували, що під час нормальної нейрональної активності у нервових клітинах відбуваються періодичні дволанцюгові розриви ДНК. Утім, пошкодження швидко виправляються і за ними слідує різке зростання експресії окремих генів. Ті дослідження переважно проводили на культурі клітин, а тому дають обмежене уявлення про те, як відбувається процес розриву ДНК в мозку живого організму. Зважаючи на те, що рівні маркерів дволанцюгових розривів ДНК зростають у мишей під час стресового запам'ятовування та пригадування, науковці Массачусетського технологічного інституту вирішили дослідити детальніше, що відбувається із ДНК у мозкові тварин під час навчання та формування спогадів та які наслідки це має.

Як вони досліджували ДНК в мозку?

Спочатку частину лабораторних мишей навчили асоціювати певну подію з неприємними наслідками. Для цього ступні тварин били відчутним струмом протягом кількох секунд, коли ті заходили до певної клітки. Так вони формували спогад про неприємну подію через страх.

Через пів години після цього тварин піддали евтаназії й вчені негайно приступили до вивчення їхнього мозку. Метою науковців було зрозуміти, які процеси відбувалися перед смертю у мозку тварин, зокрема, як проявлялися дволанцюгові розриви ДНК та експресія генів. Особливу увагу вчені звертали на роботу клітин гіпокампа та префронтальної кори, які беруть участь у формуванні та зберіганні асоційованих зі страхом спогадів. Для порівняння, вчені провели евтаназію та дослідження мозку мишей, які весь час перебували у своїх клітках та не піддавалися ударам струму.

Які результати дослідження?

Науковці помітили, що формування спогадів про страх пов'язане із вдвічі більшою кількістю дволанцюгових розривів ДНК в гіпокампі та префронтальній корі, ніж звичайно. Це призводить до зміни в експресії більш ніж трьохсот генів, і вчені вирішили дослідити, за що відповідають 206 із них, зазнали змін у обох регіонах мозку. Багато з цих генів залучені у формуванні зв'язків між нейронами — синапсів. І в цьому немає дивини, оскільки саме синапси відіграють ключову роль у запам'ятовуванні та, як наслідок, навчанні. Отже, розриви ДНК можуть сприяти швидшій активації генів, які відповідають за закріплення в пам'яті певної події, особливо, потенційно небезпечної, що потребує уникання в майбутньому.

Окрім цього, науковці з'ясували, що подвійні розриви ДНК та суттєва зміна в експресії генів активно відбуваються не тільки в нейронах, а й у клітинах глії мозку. Подальше вивчення показало, що пошкодження ДНК у гліальних клітинах відбувалося як реакція на гормони глюкокортикоїди, до яких належать і так звані гормони стресу.

Таким чином вчені зробили два головні відкриття під час цього дослідження. Вони показали, що розриви ДНК та зміна в експресії генів відбувається в набагато більших масштабах за попередні оцінки. І це явища варто детальніше вивчати, з огляду на те, що з віком наша здатність виправляти пошкодження ДНК знижується. Також результати свідчать, що клітини глії можуть виконувати важливішу роль у формуванні спогадів та навчанні під впливом стресу, ніж вважалося.