Если удалить часть белка Orb2, задействованного в процессах обучения и памяти мух, то долговременная память и способность насекомых к обучению теряется. Это доказали сотрудники Института биологии гена РАН (Москва), Института физиологии имени И. П. Павлова РАН (Санкт-Петербург) и Первого Московского государственного медицинского университета имени И. М. Сеченова (Москва) вместе с американскими коллегами.
На примере плодовых мушек исследователи определили, что механизмы формирования устойчивых связей между нейронами нарушаются, если у мРНК, на которой синтезируется регуляторный белок Orb2, отрезать некодирующий фрагмент.
Нейроны активно обмениваются между собой информацией, дотягиваясь друг до друга отростками и передавая сигналы. Они также могут надолго запоминать какие-то определенные импульсы, синтезируя новые белки и направляя их в точку передачи импульса – именно этот процесс лежит в основе долговременной памяти и обучения.
Однако на новое рабочее место не всегда идут именно готовые белки – часто туда направляются мРНК (копии информации с ДНК). Чтобы молекула благополучно добралась в нужное место и ее не распознали как нечто ненужное и даже опасное, у нее есть вспомогательный «хвост» – так называемая 3'-нетранслируемая область (3'-НТО). «Хвост» несет информацию о том, куда именно нужно доставить молекулу, а также служит «посадочным местом» для клеточных регуляторов, способных заблокировать или запустить синтез белка на конкретной мРНК, а то и вовсе от нее отказаться.
Одними из известных последовательностей, расположенными в 3'-НТО, являются элементы цитоплазматического полиаденилирования (СРЕ): они распознают CPEB-белки, которые способны как активировать, так и подавлять трансляцию с этой мРНК. Orb2 – одно из семейства CPEB-белков у плодовых мушек. Он играет важную роль в образовании половых клеток, развитии зародышей и функционировании нервной системы – в том числе памяти.
Авторы исследования удалили большую часть CPE на мРНК Orb2 и протестировали память мутантных мух в парадигме подавления полового поведения самцов. Они так запоминают свои половые неудачи: их привлекает запах самки, и они начинают ее преследовать, вибрировать крыльями и пытаться совокупиться. Если самка уже оплодотворена, самцы потерпят неудачу, запомнят это и больше не будут пытаться «ухаживать» за самками с таким запахом.
Результаты эксперимента показали, что кратковременная и среднесрочная память самцов не пострадали – даже спустя пять часов не предпринимали новых попыток ухаживания, однако уже через два дня забыли об этом и возобновляли прежнее поведение.
Исследователи проанализировали содержание белка Orb2 в нейронах мутантов, а также его распределение в разных частях клетки. Оказалось, что его концентрация в мозге мух снизилась на 30%. Таким образом, белок Orb2 не мог должным образом взаимодействовать с РНК-мишенями – таких, по расчетам авторов, порядка трех тысяч. Биологи проверили содержание в разных частях клетки белков Csp, Pyd, Eya, чьи мРНК являются потенциальными целями для регуляции со стороны Orb2, и которые играют важную роль в процессах передачи нервного импульса и организации синапсов. Выяснилось, что распределение этих белков также патологически изменилось, что может быть одной из причин в нарушении способности мух к обучению.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), помогут в изучении и разработке терапии аутизма, нарушений памяти и некоторых типов рака, которые, как предполагают ученые, могут быть связаны с нарушениями функций родственников Orb2 в мозге человека.
