В ходе недавнего исследования были выявлены молекулярные механизмы, регулирующие формирование памяти в гиппокампе, с фокусом на синапсы мшистых волокон. Исследователи наблюдали изменения в ключевых белках Cav2.1 и Munc13 во время обработки памяти, что приводит к повышению точности и мощности синапсов.
Используя живую ткань мозга мыши и передовые методы визуализации, команда получила представление о структурных изменениях, связанных с памятью. Это исследование демонстрирует, как нейротрансмиттеры и синаптическая пластичность позволяют гиппокампу кодировать различные переживания.
Результаты предоставляют новое понимание формирования памяти и молекулярной основы когнитивных процессов, закладывая основу для понимания нарушений памяти на молекулярном уровне.
Гиппокамп, напоминающий морского конька, является областью мозга, критически важной для формирования памяти. До недавнего времени связь формирования памяти с молекулярными сигналами оставалась неясной.
Группа учёных из Института науки и технологий Австрии (ISTA) и Института междисциплинарных наук Макса Планка, вероятно, смогла раскрыть этот аспект. Их результаты опубликованы в журнале PLOS Biology.
Генри Густав Молисон, пациент «Х.М.», страдал от эпилепсии и перенёс операцию по удалению гиппокампа, чтобы вылечить её. После операции эпилепсия прошла, но развились серьёзные побочные эффекты, включая антероградную амнезию, неспособность формировать новые воспоминания. Этот случай связал гиппокамп с функцией мозга и формированием памяти.
Гиппокамп признан важнейшей областью мозга, участвующей в формировании памяти и пространственной навигации, преобразуя кратковременную память в долговременную и облегчая пересмотр личного опыта.
В новом исследовании Елена Ким, Юджи Окамото и Магдалена Вальц, Питер Йонас и международная группа нейробиологов раскрыли новые детали о молекулярных механизмах обработки памяти. Учёные изучали синапс мшистого волокна, ключевую точку соединения нейронов в гиппокампе.
Внутри гиппокампа несколько типов нейронов участвуют в обработке памяти. Гранулярные клетки обрабатывают поступающую информацию, передавая сигналы через аксоны в форме мшистых волокон, которые образуют синапс с пирамидными клетками. Молекулы-мессенджеры облегчают общение, запуская формирование и хранение памяти.
Синапсы мшистых волокон характеризуются пластичностью, изменяя активность, структуру и связи в ответ на стимулы. Это помогает гиппокампу правильно обрабатывать информацию и различать сигналы.
В 2020 году Питер Йонас, Каролина Борхес-Мержан и Елена Ким начали изучать структуру синапсов мшистых волокон с помощью техники «Вспышка и заморозка», замораживая нейроны после стимуляции. Это позволило соотнести структурные изменения с функциональностью.
Учёных интересовали два белка в зоне высвобождения нейромедиатора: кальциевые каналы Cav2.1, запускающие высвобождение нейромедиатора, и Munc13, указывающий на готовность нейромедиатора к действию. До исследования работа с этими белками проводилась с химически фиксированными образцами мозга, не отражающими динамические процессы.
Для нового исследования использовалась живая ткань мозга, чтобы сохранить динамику и естественный состав белков. С помощью техники «маркировки замороженных переломов» учёные стимулировали гранулярные клетки, замораживали ткань и раскалывали её. Это создало трёхмерный отпечаток ткани с белками и молекулами.
Пометив Cav2.1 и Munc13, исследователи использовали электронный микроскоп для определения их точной локализации. Изображения показали, что при стимуляции эти белки перестраиваются и сближаются, коррелируя с функциональностью синапса мшистых волокон.
Исследование раскрывает взаимосвязь между структурой и функцией ключевого синапса в гиппокампе, проливая свет на молекулярные сигналы, формирующие память.
Литература.
“Presynaptic cAMP-PKA-mediated potentiation induces reconfiguration of synaptic vesicle pools and channel-vesicle coupling at hippocampal mossy fiber boutons” by Olena Kim et al. PLOS Biology
