«Апостериори»: Белок, связанный с болезнью Альцгеймера, оказался необходим для формирования долговременной памяти

Новости науки и технологий

Поддержите «Эхо», если вы не в России

Учёные обнаружили, что тау-белок, который обычно связывают с развитием болезни Альцгеймера и других нейродегенеративных заболеваний, играет важную роль в нормальной работе памяти. Исследование показало, что определённая модификация тау-белка помогает мозгу формировать устойчивые воспоминания, регулируя работу нейронов, которые становятся физическим следом памяти.

Тау-белок – это белок, связанный с микротрубочками внутри нейронов. Он помогает поддерживать структуру нервных клеток и транспорт веществ внутри них. Однако при некоторых заболеваниях, прежде всего при болезни Альцгеймера, тау-белок начинает неправильно изменяться: он накапливается в виде патологических агрегатов и связан с разрушением нейронов и постепенной потерей памяти. Именно поэтому долгое время этот белок изучали прежде всего как фактор развития нейродегенерации.

Однако у здорового мозга тау-белок присутствует в нормальных количествах и подвергается различным химическим изменениям, в том числе фосфорилированию – присоединению фосфатных групп к определённым участкам белка. В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, учёные показали, что одно из таких изменений – фосфорилирование аминокислоты треонин-205, или T205 – необходимо для формирования долговременной памяти у мышей.

Исследователи изучали мышей, у которых полностью отсутствовал тау-белок. Оказалось, что такие животные нормально обучались и могли запоминать информацию на короткий срок. Однако через несколько недель или месяцев их способность вспоминать ранее полученный опыт значительно ухудшалась. Например, в экспериментах с формированием условного страха мыши без тау-белка демонстрировали нормальную реакцию сразу после обучения, но хуже сохраняли это воспоминание спустя 21 и 42 дня.

Чтобы понять, какая именно функция тау-белка отвечает за этот эффект, учёные создали мышей с заменой одной аминокислоты в тау-белке. Они заменили Т205 на аланин, из-за чего белок сохранялся в клетках, но уже не мог подвергаться фосфорилированию в этой точке. Такие мыши также нормально обучались и сохраняли недавние воспоминания, однако их долговременная память была нарушена. Это показало, что важен не сам факт наличия белка, а его конкретное химическое изменение.

Учёные предполагают, что тау-белок участвует в формировании так называемой энграммы – группы нейронов, которая становится физическим носителем конкретного воспоминания. Когда человек или животное получает новый опыт, активируется не весь мозг, а относительно небольшой ансамбль клеток. Для устойчивой памяти важно, чтобы этот ансамбль был достаточно точным: если одновременно активируется слишком много лишних нейронов, сигнал становится менее специфичным.

Эксперименты показали, что при отсутствии тау-белка во время обучения активируется больше нейронов, которые не относятся к исходной энграмме. В результате память формируется менее точно. Фосфорилирование тау-белка по T205, наоборот, ограничивает активацию лишних клеток и помогает сохранить компактный и стабильный ансамбль нейронов, отвечающий за воспоминание.  

Интересно, что проблема при отсутствии тау-белка возникает не обязательно в самом хранении воспоминания. Учёные смогли напрямую активировать нейроны энграммы с помощью оптогенетики – технологии, позволяющей включать определённые клетки с помощью света. В этом случае мыши без тау-белка всё ещё могли проявлять признаки воспоминания. Это означает, что информация о событии могла сохраняться, но обычный сенсорный сигнал хуже находил правильную нейронную сеть, связанную с этим воспоминанием.

Исследователи также проверили, что происходит при патологической форме тау-белка, связанной с фронтотемпоральной деменцией. Если мутантный тау-белок попадал именно в активные во время обучения нейроны, он нарушал работу энграммы и приводил как к невозможности сформировать новые воспоминания, так и к потере уже существующих.

Новые результаты меняют представление о роли тау-белка в мозге. Оказывается, этот белок нельзя рассматривать только как причину разрушения памяти при нейродегенеративных заболеваниях. В норме он необходим для того, чтобы мозг правильно выбирал и стабилизировал нейроны, которые будут хранить воспоминание. Вероятно, при болезни Альцгеймера проблема заключается не просто в накоплении тау-белка, а в нарушении баланса между его нормальной функцией и патологическими изменениями.

В дальнейшем учёные планируют выяснить, можно ли использовать эти механизмы для разработки новых подходов к лечению заболеваний, связанных с нарушением памяти. Авторы работы отмечают, что будущие терапии должны учитывать не только необходимость уменьшить количество патологического тау-белка, но и сохранить те его функции, которые необходимы здоровому мозгу.