Морського молюска заразили чужою молекулярною пам'яттю.
Ми звикли думати, що пам'ять криється в синапсах - міжнейронних сполуках, і що запам'ятовування і забування пов'язані з перебудовами в нейронних ланцюжках, з розпадом одних синапсів і появою інших. На користь цієї гіпотези говорять дані безлічі нейробіологічних досліджень.
Однак з часом тут стали з'являтися досить дивні результати. Наприклад, логічно було б припустити, що для того, щоб стерти з пам'яті якусь інформацію, потрібно зруйнувати синапси, які з'явилися саме у зв'язку з цією інформацією.
Саме такий експеримент спробували зробити Девід Гланцман (David Glanzman) і його колеги з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі. Вони взяли морського молюска аплізію (або морського зайця), якого часто використовують у нейробіологічних дослідах через його величезні нейрони, які можна розрізнити навіть неозброєним оком - і спробували стерти у нього фрагмент пам'яті. І тут виявилося, що при забуванні розпадаються абсолютно випадкові синапси, а не якісь конкретні, які повинні були б відповідати за інформацію, що забувається.
Тоді дослідники вирішили, що справа не тільки в синапсах. Насправді, ще в 60-ті роки з'явилися припущення, що у формуванні пам'яті беруть участь молекули РНК, але в той час експерименти з РНК-пам'яттю визнали невиробленими, а значить, сумнівними. І ось зараз, у світлі останніх експериментів, РНК знову зацікавилися.
Як піддослідний кролик знову взяли морського зайця (просимо вибачення за цей каламбур). Як ми щойно говорили, нейронні мережі біля аплізії дуже просто вивчати - мало того, що нервові клітини у неї дуже великі, їх біля молюска всього лише близько 20 тисяч.
Морський заєць дихає, прокачуючи воду через жабри і виводячи її через сифон - спеціальну трубку на спині. Якщо до сифону доторкнутися, молюск втягне і його, і жабри в порожнину тіла, як би чекаючи нападу, але потім розслабитися назад. Природно, у нього при цьому спрацьовують певні нейрони, і якщо їх спеціально простимулювати за допомогою електродів і слабких електричних імпульсів, то можна змусити молюска стискатися довше. Поєднуючи дотики з додатковою стимуляцією, можна привчити морського зайця самого залишатися довше в напруженому стані.
Дослідники привчали молюска довго лякатися, потім витягували РНК з тих нейронів, які відповідають за таку захисну реакцію, і цю РНК вводили іншому молюску. Для порівняння брали РНК і зі звичайного морського зайця, якого додатково не стимулювали. У статті в eNeuro йдеться, що якщо сторонній морський заєць отримував РНК від того, якого вчили довше ховати жабри і сифон, то і він починав вести себе так само - тобто дуже довго залишався в переляканому стані, коли його турбували. (Навпаки, якщо в нейрони стороннього молюска вводили РНК того, кого спеціально не вчили боятися довше звичайного, то одержувач РНК теж нічого такого не демонстрував.)
Іншими словами, виходило так, що молекула РНК перенесла пам'ять від одного молюска іншому. Але як саме РНК в цьому випадку працює? Тут треба трохи згадати, чим взагалі РНК займаються в клітинах. По-перше, серед них є матричні, або інформаційні РНК - вони переносять генетичну інформацію від ДНК до білок-синтезуючого апарату. Є службові РНК, які просто допомагають білок-синтезуючому апарату збирати білкові молекули. І є безліч регуляторних РНК, які працюють самі по собі - вони керують активністю генів.
Швидше за все, тут працювали саме останні, тому що, за словами дослідників, ефект від «РНК пам'яті» залежав від ще одного регуляторного механізму, а саме від метилювання ДНК. Під час метилування на молекулу ДНК спеціальні ферменти прикріплюють (або знімають) хімічні метильні групи, і ті гени, які потрапили під метилування або деметилювання, змінюють свою активність. Якщо механізм метилування в нейронах молюсків відключали, «РНК пам'яті» не працювали - можна припустити, що це якісь регуляторні РНК, що взаємодіють з ферментами метилування ДНК.
Нарешті, в останній серії дослідів вдалося показати, що РНК впливає на ефективність міжнейронних зв'язків: якщо нервові клітини обробляли «РНК пам'яті» (тобто РНК, яку брали у молюсків, привчених довго боятися), то після обробки РНК нейрони на зовнішні імпульси збуджувалися сильніше і передавали сигнал своїм сусідам ефективніше.
Сама по собі РНК ніякої пам'яті не несе, але зате вона так змінює структуру ДНК, що нейрон виявляється в змозі щось запам'ятати. Як бачимо, тут не обходиться без синапсів, проте тільки ними справа не обмежується: те, що при зникненні пам'яті вони руйнуються не так, як можна було очікувати (про що ми говорили на самому початку), можливо, пояснюється впливом «РНК пам'яті».
Звичайно, тут залишається безліч питань, починаючи з того, що саме являють собою ці регуляторні РНК, і закінчуючи тим, як вони з'являються у відповідь роздратування. Знову ж таки, не цілком ясно, наскільки специфічно вони регулюють пам'ять - в тому сенсі, чи допомагають вони тим же молюскам запам'ятати саме небезпечні дотики, або ж такі РНК потрібні абсолютно для будь-якої інформації.
Нові результати ще належить перевірити, але якщо все виявиться дійсно так, і не тільки у молюску, а й у інших тварин, то можна буде подумати про якісь РНК-таблетки, що стимулюють пам'ять.