В крошечном пространстве, где встречаются две нервные клетки, химические и электрические сигналы снуют туда и обратно, система сообщений в виде прилива и отлива в этих синаптических пространствах, как полагают, содействуют обучению и памяти. Но поскольку большинство белков, обнаруживаемых в этих синапсах погибают и возобновляются столь быстро, что ученые не понимают, как синапсы остаются достаточно стабильными, чтобы объяснить обучение и память, длящиеся в течение всей жизни.

Нейробиологи из Johns Hopkins сообщили об успешном использовании техники высоко производительного и химического анализа белков, чтобы открыть 164 белка внутри синапсов у мышей жизнь которых дольше соседних белков на недели и месяцы. Эти стабильные белки, как они полагают, могут быть частью молекулярного аппарата, который управляет долговременной памятью и обучением - также, как и потерей памяти -- у всех млекопитающих, включая человека.

"Мы знаем, что общаяя структура синапсов стремится оставаться очень стабильной, удерживаемой, по крайней мере, год в головном мозге крыс," говорит Richard Huganir.

Его группе также известны длительно сохраняющиеся белки, такие как кристаллины, которые составляют хрусталик глаза, и коллаген, обнаруживаемый в соединительной ткани. Белки внутри ядерных пор, транспортного туннеля в и из клеточного ядра и гистоны типа "катушек", на которые накручивается ДНК, также являются очень стабильными.

"Разумно было предположить. что должны существовать белки в таких синапсах, которые сохраняются длительно и мы уверены, что обнаружили часть из них."

Чтобы осуществить это Huganir и его команда сконцентрировались на группе из 8 мышей, разводимых в лаб. и которым скармливали еду, содержащую молекулы трассеров, способных закрепляться на белках животных. Трассер был органическим соединением, состоящим из аминокислот. Но эти аминокислоты содержали добавочные нейтроны, которые делали белок "более тяжелым", если их анализировать с помощью масс-спектрометра, устройства, измеряющего массу и заряд молекул.

Мыши потребляли пищу с "тяжелыми" аминокислотами в течение 7 недель. В течение этого периода. длительно хранящиеся белки стремятся инкорпорировать тяжелый трассер с замедленной скоростью, чем коротко-живущие белки.

Затем мыши получали в течение последующих 7 недель пищу, содержащую "лёгкие" аминокислоты, лишенные дополнительных протонов. Оборот длительно-живущих белков менее частый и поэтому в них д. задерживаться тяжелая метка.

Учёные затем проанализировали ткань головного мозга 2-х мышей после первых 7 недель и двух мышей после следующих 7 недель. Они также позволили 4 мышам находится в длинных ящиках с трубками, кусочками и др. объектами, чтобы стимулировать у них активность головного мозга и анализировали ткани головного мозга двух из них после каждых 7 недель.

Используя масс-спектрометр, учёные определили соотношение тяжелых к нормальным аминокислотам как равное 2,272 для белков, расположенных в синапсах. Долгоживущие белки сохраняли более половины своих тяжелых аминокислот во время первых 7 недель.

Большинство белков оказались короткоживущими в течение 1-2 дней. Но ученые установили 164 белка жизнь, которых длиннее -- до нескольких недель или даже месяцев. Некоторые подсчеты указывают на годы.

Учёные затем выделили и идентифцировали длительно живущие белки. Один из них принадлежал к RAS сигнальнорму пути, а др. были связаны с образованием клеточного каркаса.

Исследователи продолжают изучать 50 из наиболее долго-живущих белков, некоторые из которых живут, по крайней мере, годы. Поскольку такие "старые" белки могут накапливать повреждения в течение времени, то необходимо поскотреть какие сущестуют связи между белками и зависимым от возраста снижением познавательной способности.

Поддержка исследованию обеспечивается National Institutes of Health (P50MH100024, R01NS036715 and S10OD021844), the Center for Proteomics Discovery at the Johns Hopkins University School of Medicine and the Canadian Institute for Health Research.