Новое исследование на мышах выявило сложный молекулярный процесс, включающий экспрессию генов в нейронах, который, по-видимому, играет решающую роль в консолидации памяти.
Процесс формирования воспоминаний в области гиппокампа мозга сложен. Он основан на точной хореографии взаимодействий между нейронами, нейротрансмиттерами, рецепторами и ферментами.
«Это захватывающий механизм», — говорит Ян К. Сян, профессор кафедры фармакологии Медицинской школы Дэвиса Калифорнийского университета и старший автор новой статьи. «Это показывает, что такой фермент, как фосфодиэстераза, играет ключевую роль в контроле экспрессии генов, необходимых для консолидации памяти».
Исследования Сяна сосредоточены на понимании того, как нарушение регуляции или нарушение клеточных и молекулярных механизмов в сердце и мозге может привести к таким заболеваниям, как сердечная недостаточность и болезнь Альцгеймера.
Новое исследование сосредоточено на центральной адренергической системе. Способность концентрировать внимание, необходимая для обучения и памяти, контролируется центральной адренергической системой мозга.
Чтобы понять компоненты, критически важные для памяти, исследователи изучили бета-2 адренорецепторы. Рецепторы присутствуют в различных типах клеток по всему телу. Они также обнаружены на нервных клетках в области гиппокампа головного мозга.
Исследователи показывают, что когда бета-2 адренорецепторы активируются — через ряд молекулярных шагов, известных как сигнальный путь, — они стимулируют ядро нейрона к экспорту фермента фосфодиэстеразы 4D5 (PDE4D5).
Предыдущие исследования показали, что PDE4D5 играет роль в развитии обучения и памяти.
Решающим шагом в стимуляции экспрессии этого связанного с памятью гена — экспорта PDE4D5 — по-видимому, является присоединение фосфатной группы (известное как фосфорилирование) к рецептору. Это достигается ферментом, известным как киназа.
Киназа, участвующая в этом случае, представляет собой киназу рецептора G-белка.
Исследователи использовали генетически измененных мышей, чтобы проверить, необходимо ли фосфорилирование бета-2 адренергических рецепторов киназой рецептора G-протеина для экспрессии генов — экспорта фермента PDE4D5.
У мышей отсутствовал сайт фосфорилирования на бета-2-адренорецепторах, а это означало, что их нейроны не могли следовать нормальному сигнальному пути, когда рецепторы были активированы.
Исследователи обнаружили, что, как и ожидалось, эти генетически измененные мыши демонстрировали плохую память, связанную с пространством и местоположением. Это тот же путь памяти, который нарушается на ранних стадиях болезни Альцгеймера.
Однако, когда они давали мышам с нарушениями памяти препарат, известный как ингибитор ФДЭ4 (сравнимый с ферментом ФДЭ4D5, который обычно экспортируется), способность мышей обучаться и сохранять воспоминания увеличилась.
«Экспрессия генов формирует материальную основу памяти в вашем мозгу. Если у вас нет экспрессии генов, у вас не будет памяти», — объясняет Сян.
Использование ингибиторов ФДЭ изучается для лечения болезни Альцгеймера. Исследования ингибитора ФДЭ-5 силденафила, известного как Виагра, дали смешанные результаты. Исследование NIH 2021 года показало, что Виагра связана со снижением риска болезни Альцгеймера, но более позднее исследование показало, что Виагра не связана с более низким риском болезни Альцгеймера.
«Нам необходимо понять, что вызывает нарушения при таких заболеваниях, как болезнь Альцгеймера, чтобы мы могли найти вмешательства, которые позволят пациентам восстановить способность или замедлить прогрессирование болезни», — говорит Сян. «Это исследование подчеркивает потенциал ингибиторов ФДЭ в спасении памяти у пациентов с болезнью Альцгеймера».
Исследование появляется в Сигнализация науки.
Дополнительные авторы из Калифорнийского университета в Дэвисе, Медицинского университета Гуанчжоу, системы здравоохранения штата Вирджиния в Северной Калифорнии и Калифорнийского университета в Сан-Диего.
Финансирование этого исследования поступило от Национального института здравоохранения.
Источник: Калифорнийский университет в Дэвисе.
