Ученые обнаружили удивительные сходства между памятью мозга и механизмами запоминания в клетках почек.
Это открытие, представленное в ноябре 2023 года в журнале Nature Communications, стало важным шагом на пути к новому пониманию биологии клеток и механизмов памяти.
Мозг и память: привычные концепции
Память всегда связывалась с работой нейронов — клеток, которые обрабатывают, хранят и передают информацию в мозге и центральной нервной системе. Нейроны обладают уникальной способностью к долговременной пластичности: они изменяются в зависимости от сигналов, которые получают, тем самым формируя память и навыки.
Молекулярной основой этих процессов является белок CREB (cAMP-response element-binding protein). В ответ на определенные сигналы CREB активирует специфические гены, которые изменяют клетку, “записывая” новую информацию.
“Возможно, мы должны думать о клетках как об отдельных индивидуумах, каждый из которых хранит свою историю,” — говорит Николай Кукушкин.
Однако исследования ученых, таких как Николай Кукушкин из Нью-Йоркского университета, показали, что память не ограничивается исключительно мозгом. Эксперименты с ненейронными клетками, в частности клетками почек, предоставили доказательства существования аналогичных механизмов за пределами нервной системы.
Клетки почек: неожиданные хранители информации
Каждая клетка организма имеет сложную внутреннюю структуру и механизмы, которые позволяют ей адаптироваться к изменениям окружающей среды. Эти процессы необходимы для выполнения базовых функций, таких как рост, регенерация и реакция на внешние стимулы.
Особый интерес вызывают клетки почек — органы, ответственные за фильтрацию крови и поддержание гомеостаза. Они работают с постоянным потоком химических сигналов, что требует от них способности быстро адаптироваться и запоминать определенные параметры.
Как клетки запоминают: взгляд изнутри
Исследователи внедрили искусственный ген в эмбриональные клетки почек человека. Этот ген включал участок ДНК, активируемый белком CREB, а также инструкции для синтеза светящегося белка, подобного тому, что позволяет светлячкам излучать свет.
С помощью химических импульсов, имитирующих сигналы, передаваемые в нейронах, ученые наблюдали, как клетки активируют искусственный “ген памяти”. Чем интенсивнее было свечение, тем сильнее проявлялась активация гена.
Результаты эксперимента показали, что клетки почек реагируют на сигналы в зависимости от их структуры и временного распределения. Например:
- При четырех коротких импульсах, разделенных 10-минутными интервалами, активация гена через 24 часа была значительно выше, чем при одном длительном сигнале.
- Это явление, известное как эффект распределенной практики, ранее считалось характерным только для мозга.
Что такое эффект распределенной практики?
Эффект распределенной практики — это известный принцип, согласно которому информация запоминается лучше, если усваивается небольшими порциями с перерывами, а не за одно продолжительное занятие. В нейробиологии этот принцип объясняется тем, что постепенное поступление сигналов активирует гены памяти более эффективно, чем их одномоментная стимуляция.
Теперь этот принцип был зафиксирован за пределами мозга, что ставит под сомнение традиционные представления о памяти как исключительно нейронной функции.
Новые перспективы: память как универсальный процесс
“Мы предлагаем рассматривать память не только как функцию мозга, но и как универсальную способность клеток адаптироваться к сложным задачам,” — отмечает Николай Кукушкин.
Такой подход может привести к значительным изменениям в биологии и медицине. Например, раковые клетки, которые вырабатывают устойчивость к химиотерапии, можно изучать как “клетки с памятью”. Понимание их способности “запоминать” схемы воздействия препаратов может открыть новые методы лечения.
Возможности применения
Исследование памяти клеток за пределами нервной системы имеет широкий спектр потенциальных применений:
- Лечение нейродегенеративных заболеваний. Понимание молекулярных механизмов памяти может помочь в разработке препаратов для борьбы с болезнями, связанными с потерей памяти, таких как болезнь Альцгеймера.
- Усовершенствование химиотерапии. Анализ “памяти” раковых клеток может привести к созданию схем лечения, учитывающих не только дозу препаратов, но и временные промежутки их применения.
- Регенеративная медицина. Использование механизмов памяти клеток для создания тканей и органов с заданными свойствами.
Критика и дальнейшие исследования
Нейробиолог Ашок Хегде отмечает, что результаты исследования пока сложно обобщить на все типы клеток. Однако он подчеркивает, что открытие памяти в ненейронных клетках представляет собой важный шаг вперед.
Следующим этапом станет изучение других типов клеток и уточнение, насколько универсальны обнаруженные механизмы.
Заключение
Память больше не является исключительной привилегией мозга. Открытие механизмов запоминания в клетках почек расширяет границы биологии и открывает новые горизонты в медицине. Этот универсальный процесс, вероятно, является фундаментальной характеристикой жизни, позволяя клеткам адаптироваться и выживать в меняющихся условиях.