Исследователи американского национального института детского здоровья и развития человека (Мэриленд) совместно с коллегами из Корнельского университета, (Нью-Йорк) и Гонконгского университета, обнаружили, при изучении всех возможных дисциплин, от языка и литературы до физики и математики, один и тот же белок играет центральную роль в формировании долговременной памяти.

Этот особый белок, так называемый зрелый нейротропный фактор мозгового происхождения - mature brain-derived neurotrophic factor (mBDNF), химически влияет на нервные клетки, таким образом повышая их способность взаимодействовать друг с другом.

Наши успехи в жизни главным образом зависят от того, что мы знаем. Новое открытие позволяет разобраться как в процессе обучения, так и в нарушениях у людей, страдающих расстройствами памяти и неспособных к обучению. Возможно, оно также приведет к разработке новых методов лечения этих заболеваний.

Согласно современным научным данным, память делится на две категории: кратковременную и долговременную. К кратковременной памяти относятся проходящие воспоминания, которые задерживаются в памяти на период от нескольких минут до нескольких часов. Долгосрочная память обеспечивает способность сохранять информацию на более длительное время, иногда на многие годы.

То, что белок brain-derived neurotrophic factor (BDNF) играет важную роль в процессах памяти, было известно и раньше, но, оказывает ли он влияние непосредственно или в комбинации с другими факторами, стало известно только сейчас. Первое открытие произошло в 1996 году, когда в журнале "Nature" были опубликованы данные о том, что при воздействии BDNF на клетки мозга грызунов в них регистрируются изменения, характерные для процессов формирования памяти. В 1998 году нобелевский лауреат Эрик Кандель опубликовал данные об участии в формировании долговременной памяти тканевого активатора плазминогена (tPA) - это вещество, обычно используемое для растворения тромбов при инсультах и инфарктах. После чего задачей исследования стало выяснение вопроса, не взаимодействуют ли эти два фактора между собой.

Прорыв произошел в 2001 году, когда была расшифрована химическая реакция, в результате которой образуется BDNF. В процессе этой реакции под воздействием фермента плазмина предшественники BDNF претерпевают химические изменения и превращаются непосредственно в сам белок. Еще раньше другая группа исследователей обнаружила, что tPA превращает вещество, называемое плазминоген, в плазмин.

Конечно, расшифровка химических превращений в пробирке не доказывает, что точно такие же реакции протекают в организме. И что именно эти реакции лежат в основе формирования долговременных воспоминаний.

Нейрон мозга человека

Ученые считают, что для формирования долговременной памяти нейроны генерируют и передают более сильный электрический импульс и используют для этого гораздо меньше нейротрансмиттеров, чем для передачи обычного нервного импульса.

Для симуляции процессов формирования памяти использовались тонкие срезы мозга мышей. К клеткам мозга были прикреплены крошечные электроды, регистрирующие электрические импульсы, возникающие в клетке. Срезы были произведены из гиппокампуса, участка мозга, в котором происходит формирование долгосрочной памяти. При стимуляции клеток гиппокампуса определенной последовательностью электрических импульсов, они начинают генерировать сильные электрические сигналы, характерные для нейронов, участвующих в формировании памяти. Сравнительно небольшой всплеск электрических импульсов соответствует формированию кратковременных воспоминаний, а более сильный - долговременных.

В первой серии экспериментов срезы гиппокампуса были обработаны веществом, блокирующим синтез белков, без которых невозможно формирование долговременной памяти. Как и ожидалось, генерации импульсов, отражающих развитие долговременной памяти, не произошло из-за отсутствия в клетках mBDNF.

После этого перед электростимуляцией клетки были обработаны непосредственно mBDNF. Это полностью восстановило способность клеток генерировать электрические сигналы даже после предварительной обработки реагентом, блокирующим синтез белка. Эти эксперименты доказали, что именно белок mBDNF ответственен за формирование долговременной памяти в клетках мозга.

Следующая серия экспериментов была проведена на клетках гиппокампуса мышей, генетически неспособных производить вещества, необходимые для синтеза mBDNF.

В этих экспериментах исследователи не смогли стимулировать возникновение процессов долговременной памяти в клетках, неспособных синтезировать tPA, ситуация полностью исправлялась при предварительной обработке клеток mBDNF. Точно также было обнаружено, что mBDNF способен восстанавливать изучаемые процессы и в клетках, дефектных по синтезу плазминогена.

Сходные результаты были получены и в экспериментах с использованием предшественников mBDNF.

Сейчас проводимая работа направлена на выяснение, где и как в нейроне происходит превращение предшественников mBDNF в зрелый белок и, не лежат ли нарушения этого процесса в основе развития нарушений памяти. Возможно, эти нарушения являются причиной возникновения болезни Альцгеймера, так как в некоторых работах есть упоминания о пониженном содержании mBDNF и плазмина в ткани мозга таких пациентов.

Результаты работы были опубликованы в "Science", Vol 306, Issue 5695, 487-491, выпуск от 15 октября 2004 г.
Авторы: P.T.Pang, H.K.Teng, E.Zaitsev, N.T.Woo, K.Sakata, Sh.Zhen, K.K.Teng, Wing-Ho Yung, Barbara L. Hempstead, Bai Lu.

Е.Рябцева