הקרנה וגנים במוח 06.10.2015

כשאנשים מדברים על התהליכים המולקולריים המבטיחים את רישום המידע במוח, הם בדרך כלל מתכוונים לכך שפעילותם של גנים מסוימים מוגברת בתאי עצב. ידוע שבמהלך היווצרות הזיכרון נוצרים קשרים חדשים בין נוירונים, מופיעות סינפסות חדשות, שבגללן נוצרות שרשראות עצביות נוספות - הבסיס החומרי של הזיכרון. על מנת שתופיע סינפסה, יש צורך שיופיעו חלבונים מיוחדים, ולכן המסקנה מעידה על עצמה שגם גנים חייבים לעבוד בצורה פעילה יותר - זה מאושר על ידי ניסויים רבים.

עם זאת, זה יכול להיות גם הפוך: חוקרים מהאוניברסיטה הלאומית של סיאול גילו שבהיפוקמפוס העכבר, אחד ממרכזי הזיכרון העיקריים של המוח, הפעילות הגנטית דועכת כאשר הזיכרון נכתב. מדעני מוח פיתחו בבעלי חיים את ההרגל לפחד מסביבות מסוימות: כשעכבר היה בכלוב מיוחד, הוא היה בהלם; ואז, כשהיא שוב נכנסה לכלוב הזה, הפחד "נדלק" מעצמו, ללא כל גירויים - במילים אחרות, מנגנוני השינון והלמידה פעלו.

כדי לברר מה קורה במטבח המולקולרי של המוח, נותחו בעלי חיים לגבי הסט והכמות של RNA בתאי ההיפוקמפוס, ולא רק RNA, אלא דווקא אלה שהיו מעורבים בייצור חלבון, שעליהם מכונות לסינתזה של חלבון. , ריבוזומים, ישב. והמולקולות נותחו כלל לא לאחר שהעכבר זכר ממה לפחד, אלא לאחר 5, 10, 30 דקות וארבע שעות לאחר "מפגשי הפחד" - ניסוי כזה איפשר לראות את הדינמיקה של שינויים מולקולריים.

ניתן להעריך את פעילות הגנים על ידי שני תהליכים, שעתוק ותרגום. בשלב הראשון, בשלב התעתיק, מסירים עותק RNA מה-DNA, בהתאמה, יותר RNA מסונתז על גנים פעילים ופחות על גנים לא פעילים. בשלב השני, שלב התרגום, מולקולות חלבון מסונתזות על RNA: יותר חלבון מסונתז על RNA פעילים, פחות על לא פעילים (כלומר, כאן, בעצם, אנחנו מתכוונים לפעילות RNA). מדענים הצליחו "לתפוס" 104 גנים, שפעילותם בנקודות זמן שונות השתנתה מאוד ברמת התעתיק או התרגום. במהלך 10 הדקות הראשונות, הסינתזה של רנ"א חדשים על הגנים נשארה זהה, הם לא הפכו ליותר או פחות (כלומר, עוצמת התעתיק לא השתנתה), מה שלא ניתן היה לומר על תרגום, כלומר בערך סינתזה של מולקולות חלבון על RNA - כאן השינויים התרחשו מיד. (וזה לא מפתיע: סינתזת חלבון מגיבה מהר יותר מסינתזת RNA לתנאי סביבה משתנים וצרכי ​​התא.) באופן כללי, התמלול הדביק את התרגום 30 דקות לאחר האימון.

ההפתעה העיקרית הייתה ממה בדיוק כללו השינויים: פעילותם של גנים רבים ירדה. כבר חמש דקות לאחר מכן הואט קצב הסינתזה של חלבונים המקודדים על ידי יותר ממחצית מהגנים שהושפעו מהשינויים. לאחר חצי שעה, 31 מתוך 42 סוגי RNA השתתקו, לאחר ארבע שעות, התרגום נעצר ב-48 מתוך 55. העיכוב היה יציב, במובן זה שאותם RNAs שעליהם נפסקה סינתזת חלבון לאחר חצי שעה, המשיכו לשתוק עוד יותר. .

מחברי העבודה מציינים שפעילותם של יותר ממחצית מהגנים הללו הייתה תלויה במולקולה הנקראת הקולטן אלפא אסטרוגן ESR1: ככל שסונתז פחות, כל האחרים היו פחותים. אם רמת ה-ESR1 הועלתה באופן מלאכותי, הייתה לכך השפעה מתאימה הן על הדינמיקה של מולקולות אחרות והן על היכולת של עכברים לזכור ממה הם צריכים לפחד. השפעה דומה נצפתה עם הגן Nrsn1: אם גירוי סינתזת חלבון על ה-RNA של הגן Nrsn1, החיות למדו גרוע יותר. כלומר, החוקרים לא רק מצאו השפעה מולקולרית מוזרה כלשהי, אלא גם קשרו אותה עם שינויים קוגניטיביים.

מדוע יש צורך לכבות את הסינתזה של מספר גדול למדי של חלבונים כדי ליצור זיכרון, עד כה אף אחד לא יודע, אבל העובדה עצמה כל כך מדהימה, שכמובן, ביולוגים יעשו הכל כדי לגלות את הפונקציות של גנים אלה בהקדם האפשרי. לפי גרסה אחת, תפקידם הוא למנוע מהמוח לזכור הכל לחלוטין, במילים אחרות, הם ממלאים את התפקיד של נתיך שמגן עלינו מפני עומס מידע. וכשיש צורך לזכור משהו באמת, צריך לכבות גנים כאלה.