Через надмірну активність деяких генів нейрони формують між собою зайві зв'язки, які ускладнюють роботу мозку і не дають запам'ятати те, що потрібно.
Активність генів у наших клітинах постійно змінюється, оскільки змінюється середовище навколо нас і ми самі. Гени реагують на зміни в концентрації гормонів, на інфекцію, на те, що ми з'їли, на фізичну активність. Більш того, навіть розумова робота активує одні гени і гальмує інші, і цілком зрозуміло, чому.
Наприклад, для того, щоб щось відклалося в пам'яті, повинні сформуватися нові нейронні ланцюжки, тобто нейрони повинні встановити міжклітинні контакти - синапси, що, в свою чергу, означає, що нервовим клітинам потрібні нові порції білків, які будуть обслуговувати міжклітинний контакт і синтезувати нейромедіатори, що переносять сигнал з нейрона на нейрон.
Довгий час дослідники звертали увагу тільки на те, як гени активуються, включаються. Вимикання ж часто ігнорували, вважаючи, що це простий пасивний процес: стимул пішов, потреба в продукті гена впала, і він сам по собі замовк. Однак насправді клітина докладає спеціальних зусиль, щоб придушити роботу раніше потрібного гена, і, якщо така система відключення раптом зламається, нічого хорошого не вийде.
Дослідники з Вашингтонського університету пишуть в Science, що без своєчасного вимикання деяких генів в нервових клітинах між ними формуються зайві зв'язки, що, в свою чергу, погано відбивається на пам'яті.
Азад Бонні (Azad Bonni) і його колеги вивчали генетичну активність у мозочку мишей. Як відомо, мозочок контролює рухи, і, коли миша рухалася, в нейронах мозжечка якісь гени працювали, а якісь ні. Один з основних механізмів управління активністю генів здійснюється за допомогою білків гістонів: кілька молекул гістонів разом формують щось на зразок бобіни, на яку намотується нитка ДНК. Гени на ДНК будуть або не будуть працювати залежно від того, наскільки щільно білкова бобіна тримає ту ділянку ДНК, на якій вони записані - якщо ДНК щільно прив'язана до гістонового комплексу, то і гени будуть мовчати. (Цей і деякі інші способи регуляції активності ДНК називаються епігенетичними.)
Виявилося, що до ділянок ДНК з активними генами в нейронах мозку прикріплювався великий ферментний комплекс NuRD, який відповідає за перебудову ДНК-гістонових комплексів, модифікуючи гістони так, що вони починають міцно хапатися за ДНК. І якщо у мишей цей ферментний комплекс з якоїсь причини не працював, то гени, які були активні під час фізичної активності, продовжували «діяти активно» і в спокої. Загальна ж кількість генів, чиє функціонування залежало від ферментів NuRD, обчислювалася тисячами.
На рівні нейронних мереж відсутність «замовчувального» ферменту і зайва генетична активність проявлялося в тому, що міжклітинних зв'язків ставало занадто багато. Відомо, що в ході розвитку нейрони мозку формують величезне число синапсів, велика частина яких потім ліквідується. Також відомо, що якщо цих зв'язків не зменшити, то згодом почнуться когнітивні проблеми - образно кажучи, зайві синапси означають зайві нейронні ланцюги, які просто марно «шумлять», відтягуючи на себе ресурси і уповільнюючи виконання дійсно необхідних процедур.
Миші, у яких у мозочку не було апарату для вимикання генів, рухалися нормально, і з координацією у них теж все було в порядку, але при тому вони не могли запам'ятати якісь складні послідовності рухів. Так, вони ніяк не могли вивчити, як потрібно проходити по поверненому циліндру - як якби людина ніяк не могла запам'ятати, як крутити педалі велосипеда.
Іншими словами, у тварин відключалася моторна пам'ять, і відбувалося так не тому, що деякі гени не працювали, а тому, що деякі гени якраз працювали, коли цього від них не вимагалося. Можливо, що інші види пам'яті та інші когнітивні функції вимагають активного і примусового відключення деяких шматків ДНК - тут, як кажуть, потрібні подальші дослідження, проте в перспективі, дізнаючись більше про подібні нейромолекулярні механізми в нашому власному мозку, ми могли б коригувати цілеспрямовано його роботу, діючи на відповідні молекулярні важелі.