Знание-сила, 2004 № 08 (926)

«Бешеный» прион - основа нашей памяти?

Как мы помним то, что помним? Это один из центральных вопросов науки о мозге. Недавно на него был получен неожиданный ответ: в процессе запоминания важную роль играют прионы. Прионы известны биологам как возбудители тяжелых нейрозаболеваний — «коровьего бешенства» у животных, «болезни Кройцфельда — Джэйкобса» у людей, и потому ответ этот и впрямь следует считать весьма экстравагантным: болезнетворный белок — и вдруг в роли стимула запоминания?! Однако, по мнению специалистов, экспериментальные данные, полученные Эриком Канделем и Сюзан Лундквист, не оставляют почти никаких сомнений в этом, и такой странный факт заслуживает нашего внимания. Расскажем подробнее.

Запоминание чего-либо состоит в том, что в мозгу образуется какой-то эквивалент полученного внешнего воздействия (будь то образ, переживание, звук или понятие).

Что конкретно является таким эквивалентом? Некоторые считают, что каждое воздействие на мозг запечатлевается в виде определенного изменения неких белков, которые содержатся в нервных клетках — нейронах.

Но, увы, молекулы белков существуют в клетках, как правило, кратковременно: лишь немногие — вею нашу жизнь, а большинство—дни, часы или даже минуты. Они распадаются, выполнив свою задачу в жизненном процессе, а на смену им производятся другие, согласно инструкциям тех или иных генов. И если только упомянутое «воспоминание» не запечатлено в генах (и в их инструкциях), то новые белки, в отличие от распавшихся, уже не будут их содержать.

Однако предположить, что воспоминания запечатлеваются в генах, мы не можем. Ибо тогда возникает тяжелейшая трудность. Если бы воспоминания нашей жизни запечатлевались в генах, то они передавались бы по наследству нашим детям. Дети рождались бы с памятью родителей. Страшная картина! Природа постаралась нас от этого избавить. Она придумала другой способ запоминать.

Этот способ — следы, сохраняющиеся в нейронных цепях.

Вообразим себе миллионы и миллиарды нейронов, упакованных в виде нашего мозга. Вообразим себе тысячи миллиардов точек соединения между нейронами, образующих невообразимо сложную сеть контактов. Держа в уме эту мысленную картинку, легко понять, что любой сигнал, запущенный в такую сеть, может идти по ней миллиардами миллиардов разных путей.

В нейрологии есть такой термин: говорят, что прохождение сигнала по нейрону «зажигает» этот нейрон, нейрон «вспыхивает». Если какой-то определенный сигнал стремительно пробежал по некоему замкнутому пути и зажег по дороге все пройденные им нейроны, на карте мозга вспыхнет след этого пробега; другой сигнал пройдет по другим нейронам той же общей сети и зажжет свой след и так далее. Каждый такой след есть мозговой эквивалент того воздействия (образа, звука, переживания или понятия), которое породило первичный сигнал.

Но это еще не воспоминание. Для того чтобы сохранить этот след в виде «воспоминания», то есть того, что можно затем снова вызвать в сознании, нужно каким-то образом «записать» этот след. Эту задачу как раз и выполняют синапсы - промежутки между точками соединения двух разных нейронов. При каждом прохождении данного сигнала по своей системе нейронов те — и только те - синапсы, которые соединяют эти нейроны в единый «след», становятся, грубо говоря, более «проводимыми». Многократное прохождение одного и того же сигнала создает на карте мозга небольшую «подкарту» измененных синапсов. Совокупность таких «подкарт» образует нашу память. Процесс «вспоминания» того или иного «воспоминания» — это повторное зажигание соответствующей ему «подкарты».

В этом процессе не все еще ясно, но можно представить себе, что едва лишь «волевой импульс», вызывающий воспоминание, зажигает несколько первых нейронов данной подкарты, как дальше сигнал уже «сам собой» бежит по самому легкому пути, то есть через более проводящие синапсы, зажигая всю «подкарту». Те, кому доводилось писать письма в системе E-mail, не раз сталкивались с этим явлением: стоит написать несколько первых букв электронного адреса какого-нибудь адресата, и внезапно «сам собой» вспыхивает весь этот адрес. (Заметим, что наше уникальное «Я» — это прежде всего наша уникальная память, оно слагается, в сущности, из всех наших «воспоминаний» в самом широком смысле этого слова, и потому совокупность всех таких синаптических «подкарт» можно назвать нашим «синаптическим Я».)

Исследования Канделя и Лундквист были направлены на выяснение вопроса о том, как происходит «усиление проводимости» синапсов при прохождении через них нервного сигнала. Объектом исследования служил нейрон морского слизня вида Aplysia.

Проведя специальные опыты, Си показал, что обработка какого-либо дендрита - «приемника» на данном нейроне сигналов с другого нейрона - серотонином (веществом- посредником) вызывает бурное образование в нем — и только в нем —особой метки: молекулы СПЕВ, включающей производство нужных белков. Оставалась одна загадка. Белки, как уже говорилось, распадаются каждые несколько часов, каким же образом СПЕВ мог обеспечивать долговременную память, то есть долговременное сохранение приобретенных данным дендритом изменений?

Разгадка пришла из другой области биологии — той, что занимается прионами. Прионы — это особые белки, имеющие, в отличие от всех других белков, две устойчивые пространственные конфигурации — растворимую и нерастворимую. Эту свою вторую форму они могут сохранять годами. Другая отличительная особенность всякого приона состоит в том, что, находясь в нерастворимой форме и войдя в контакт с себе подобными, но в растворимой форме, он каким-то образом переводит их тоже в нерастворимую, как бы «заражает» всех встречных себе подобных «нерастворимостью». (Именно это лежит в основе прионной природы коровьего бешенства": случайно возникший "нерастворимый прион" быстро "заражает" множество себе подобных, образуя в мозгу животного целые скопления нерастворимых белков, которые удушают целые участки мозга.)

Молекулы здоровых белков быстро распадаются. Прионы годами сохраняют свою конфигурацию (схематический рисунок на с. 10)

Изучая белок СПЕВ, Кандель и Си обнаружили, что одна его часть похожа на известный прион. Тогда они обратились к Сюзан Лундквист, которая является одним из ведущих специалистов по прионам (она первой открыла прионы неживотного происхождения — в дрожжах). Вместе с Лундквист они показали, что белок СПЕВ действительно действует как типичный прион, во всяком случае в дрожжах. Они обнаружили, что активна именно его нерастворимая форма. На этом основании они предположили, что нервный сигнал, приходящий в определенный дендрит, переводит небольшое количество находящихся там молекул СПЕВ в активную форму, те переводят в устойчивую активную форму остальные молекулы СПЕВ.

Пока это только гипотеза, ее еще нужно проверить на нейронах более сложных организмов, содержащих тот же СПЕВ (дрозофил, мышей и, может быть, людей), но если она подтвердится, это будет большой шаг в понимании механизма запоминания. А также, как выразился рецензент журнала "Science", большой шаг в реабилитации прионов, нормальные (не болезнетворные) функции которых до сих пор не были известны.

Федор Богомолов, Юрий_Магаршак