Зовнішні стимули перебудовують хромосоми в клітинах мозку так, щоб мозок краще думав.
Щоб залишатися здоровим, мозок повинен бути весь час чим-небудь зайнятий: йому потрібні нові запахи, нові смаки, нові враження, нові розумові вправи, проблеми, завдання тощо. На цю тему є багато різних досліджень, як з людьми, так і з тваринами. Щодо людей можна сказати, що інтенсивні розумові навантаження, які ми забезпечуємо собі протягом усього життя, допомагають загальмувати старіння мозку, погіршення пам'яті та інших когнітивних функцій.
Коли мова йде про експерименти з тваринами, то там зазвичай фігурує цікаве і складне середовище проживання. Наприклад, щур, у якого в клітці є багато різних переходів, багато різних іграшок, який стикається з різними запахами буде відчувати себе краще, ніж щур, який живе в нудній обстановці. (Причому цікаве життя не тільки покращує пам'ять та інші розумові здібності, воно ще й допомагає імунітету: кілька років тому ми писали, що у мишей, яким є де бродити і що досліджувати, імунні клітини краще готові до зустрічі з інфекцією. Не дивно, якщо врахувати, наскільки тісні зв'язки між нервовою системою та імунною.)
Що відбувається в мозку, коли у нього починається цікаве життя? У нейронів з'являються нові відростки, вони формують нові сполуки, нові нейронні ланцюжки, а щоб ці ланцюжки могли працювати, відповідні зміни з'являються і в обслуговуючих системах: у кровоносних судинах, що забезпечують нейрони киснем і поживними речовинами, і в нейроглії - складній системі клітин декількох видів, які доглядають за нейронами. Але це якщо говорити про клітинний рівень. Очевидно, що клітинні зміни повинні підкріплюватися молекулярними, які відбуваються на рівні хромосом, на рівні активності окремих генів і білків.
Співробітники Барселонського науково-технологічного інституту у своїй статті в Frontiers in Molecular Neuroscience якраз описують, як змінюються хромосоми в нейронах у відповідь на багаті і різноманітні зовнішні стимули. Молоді миші жили в дуже насиченому середовищі: у них в клітці були тунелі, різні кулі, кубики та інші предмети, плюс миші жили не поодинці, а великими компаніями. Інших мишей селили компаніями поменше, і обстановка в клітинах у них була бідна. За допомогою цілого набору методів дослідники порівнювали стан хромосом у тих і в інших.
Як відомо, різні ділянки хромосом можуть бути в закритому, щільноупакованому вигляді і відкритому, слабоупакованому. Щільність упаковки залежить від білків гістонів, які постійно знаходяться разом з ДНК. Якщо вони її щільно упаковують, то гени виявляються недоступними для білкових машин, які зчитують з них інформацію. Якщо упаковка слабшає, ДНК утворює вільні нитки і петлі, на які можуть сісти ферменти, що читають генетичну інформацію.
У більш різноманітному оточенні в ДНК розпаковуються регуляторні ділянки - особливі послідовності, від яких залежить активність різних генів. Цікаво, що ділянки-регулятори розпаковувалися не тільки в нейронах, але і в службових гліальних клітинах. Раніше роль глілі зводили тільки до прибирання сміття, фізичної підтримки та імунного захисту нейронних ланцюгів; останнім часом з'являється все більше даних про те, що різні гліальні клітини втручаються в саму передачу нейронних імпульсів і тим самим можуть впливати на когнітивні функції. Так що тим більше немає нічого дивного в тому, що цікаве життя позначається і на активності генів в клітинах глії.
Упаковка ДНК гістонами залежить від хімічних модифікацій на молекулах гістонів. Це одна з форм епігенетичної регуляції генетичної активності: знімаючи одні хімічні групи з гістонів і прикріплюючи інші, можна включати і вимикати цілі групи генів, пристосовуючись до нових обставин. Після того, як ДНК розпакована, потрібно наблизити різні її ділянки один до одного, щоб послідовності-регулятори зблизилися з генами, які вони регулюють. Дослідники показали, як у насиченому життєвому оточенні в клітинах мозку змінюється активність трьох білків, які допомагають розпакувати ДНК і змонтувати її в просторі для активації потрібних генів. У результаті у мишей активуються гени, необхідні для зростання нейронних відростків, для формування синапсів тощо.
Можна припустити, що якщо в цьому молекулярному апараті щось піде не так, то ніякі стимули не зможуть розворушити мозок, не зможуть змусити його краще вчитися і більше запам'ятовувати. Але якщо знати, які молекули тут працюють, то поломку можна виправити, і мозок знайде втрачені - або незграбні - здібності.