Feng-Ju Weng, Rodrigo I. Garcia, Stefano Lutzu, et al. Npas4 Is a Critical Regulator of Learning-Induced Plasticity at Mossy Fiber-CA3 Synapses during Contextual Memory Formation. Neuron, 2018; DOI:10.1016/j.neuron.2018.01.026 | |
|---|---|
|
|
 This image shows neurons in the CA3 region of the hippocampus, which is important for memory encoding and retrieval. Nuclei of the CA3 neurons are labeled in green and their dendrites in red, and the smaller specks of green above represent axons projecting to the CA3 neurons from the dentate gyrus. Исследователи установили, что белок Npas4, ранее идентифицированный как главный контролер экспрессии генов, запускающий нейрональную активность, контролирует силу соединений между нейронами в CA3 и нейронами в др. части гиппокампа, наз. зубчатой извилиной (dentate gyrus). Без Npas4, долговременная память не может формироваться.
"Наше исследование идентифицировало зависимый от опыта синаптический механизм для кодирования памяти в CA3, и предоставило первые доказательства молекулярного пути, который избирательно её контролирует," говори Yingxi Lin. Synaptic strength
Учёным неврологам давно известно, что головной мозг кодирует память путем изменения силы синапсов или соединений между нейронами. Для этого необходимы взаимодействия многих белков, обнаруживаемых как в пресинаптических нейронах, которые посылают информацию о событии, так и в постсинаптических нейронах, которые получают информацию.
Нейроны в регионе CA3 играют критическую роль в формировании контекстуальной памяти, памяти, которая связывает событие с местом, где оно произошло, или с др. контекстуальной информацией, такой как время или эмоции. Эти нейроны воспринимают синаптические импульсы тремя разными путями и предполагается, что одни из этих сигналов от зубчатой извилины являются критическими для кодирования новой контекстуальной памяти.
В исследовании 2011, Lin с сотр. установили, что Npas4, ген, который включается непосредственно после новых событий, по-видимому, действует как главный контролер программы генной экспрессии, необходимой для формирования долговременной памяти. Они также установили, что Npas4 наиболее активен в регионе CA3 гиппокампа во время обучения. Эта активность уже была известна, как необходимая для быстрого контекстуального обучения, такого, которое необходимо во время заданий, известных как меры сохранения контекстуальных опасений (contextual fear conditioning). Во время запоминания опасностей, мыши получали слабый электрический шок, когда они вступали и исследовали специфические камеры. В течение минут мыши запоминали опасные камеры и в следующий раз они входили в них, когда замерзали.
Когда исследователи подвергали нокауту ген Npas4, то они обнаружили, что мыши не могут запомнить пугающие события. Они также установили тот же самый эффект, когда они подвергали нокауту ген непосредственно в регионе CA3 гиппокампа. Нокаут в др. частях гиппокампа, однако, не оказывал эффекта на память.
В новом исследовании определяли дальнейшие детали, как Npas4 осуществляет свои эффекты. В лаб. ранее sk разработан метод, позволяющий флюоресцентно метить CA3 нейроны, которые активируются во время такого fear conditioning. Используя тот же самый процесс fear conditioning, исследователи показали, что во время обучения, определенные синаптические импульсы к CA3 нейронам усиливаются. а др. нет. Более того, это усиление требовало Npas4.
Импульсы, которые избирательно усиливаются, приходят из др. части гиппокампа зубчатой извилины. Эти сигналы передают информацию о месте, где произошло устрашающее переживание.
Без Npas4, синапсы, приходящие от зубчатой извилины к CA3, неспособны к усилению и мыши не могут сформировать память о событии. Дальнейшие эксперименты показали, что такое усиление нуждается в специальном кодировании памяти, а не для извлечения уже сформированной памяти. Исследователи также установили, что потеря Npas4 не влияет на синаптические импульсы, которые CA3 нейроны получают от др. источников. Synapse maintenance
Исследователи также идентифицировали один из генов, который контролирует Npas4, чтобы осуществлять его эффект на силу синапса. Этот ген известен как plk2, он участвует в сокращении постсинаптических структур. Npas4 находится под воздействием plk2, тем самым уменьшается размер и сила синапса. Это указывает на то, что Npas4 сам по себе не усиливает синапсы, а поддерживает синапсы в состоянии, которое позволяет им оставаться усиленными, если это необходимо. Без Npas4, синапсы становятся слишком сильными и поэтому не могут быть индуцированы к кодированию памяти путем дальнешего усиления их.
"Если Npas4 устраняется, то синаптическая сила практически оказывается насыщенной," говорит Lin. "И затем, когда происходит обучение, хотя кодирующие память клетки могут быть флюоресцентно помечены, они более не обнаруживают усиления этих соединений."
Далее Lin надеется изучить, как связи, соединяющие зубчатую извилину с CA3, взаимодействуют с др. путями, необходимыми для воспроизведения памяти. "Иногда обнаруживается определенное общение между разными путями, так что как только информация запомнится , она может быть извлечена с помощью др. импульсов," сказала она.
|