Вы можете помнить цвет глаз любимого на долгие годы. Но как?
Ученые считают, что долгосрочное потенцирование (ДП) ?? длительное усиление сигналов через связь между клетками мозга – лежит в основе нашей способности запоминать с течением времени и учиться, но как это происходит, является центральным вопросом нейробиологии.
Исследователи из Медицинского центра Университета Дьюка обнаружили каскад сигнальных молекул, который позволяет обычно очень короткому сигналу длиться десятки минут, обеспечивая структуру мозга для более сильных связей (синапсов), которые могут вызывать воспоминания на период месяцев или даже лет.
Их выводы о том, как синапсы изменяют силу связей, могут иметь отношение к болезни Альцгеймера, аутизму и умственной отсталости, сказал Риохей Ясуда, доктор философии.D., доцент нейробиологии и старший автор.
"Мы обнаружили, что длительный биохимический процесс является причиной накопления в памяти," сказал Ясуда, научный сотрудник Медицинского института Говарда Хьюза.
Эта работа была опубликована в номере журнала Nature от 20 марта.
Исследователи изучали сигнальные молекулы, которые регулируют актиновый цитоскелет, который служит структурной основой синапсов.
"Сигнальные молекулы могут помочь перестроить каркас и придать синапсам больше объема и силы," Ясуда сказал. "Мы рассудили, что долговечная память могла возникнуть из-за изменений в сборках строительных блоков."
Исследователи Duke знали, что долговременная потенциация, длительный набор электрических импульсов в нервных клетках, запускается кратковременным увеличением количества ионов кальция (Ca2 +) в синапсе. Они разработали эксперименты, чтобы точно узнать, как короткий сигнал Ca2 +, который длится только ~ 0.1с, переводится в длительное (более часа) изменение синаптической передачи.
Команда использовала технику 2-фотонной микроскопии для визуализации молекулярных сигналов в отдельных синапсах, подвергающихся ДП, метод, разработанный в лаборатории Ясуда. Этот метод микроскопии позволил команде контролировать молекулярную активность в отдельных синапсах, одновременно измеряя синапсы для увеличения их объема и силы связей.
Они обнаружили, что сигнальные молекулы Rho и Cdc42, регуляторы актинового цитоскелета, активируются CaMKII и передают сигнал CaMKII в сигналы длительностью в несколько минут. Эти длительные сигналы важны для поддержания длительной пластичности синапсов, способности мозга изменяться во время обучения или запоминания.
По словам Ясуда, многие психические заболевания, такие как умственная отсталость и болезнь Альцгеймера, связаны с аномальными сигналами Rho и Cdc42. "Таким образом, наши открытия предоставят много информации об этих заболеваниях."