Нарушение процессов памяти у людей может привести к таким состояниям, как болезнь Альцгеймера и деменция. Новое исследование, опубликованное в журнале Frontiers in Molecular Neuroscience, рассматривает более простой мозг пчелы и делает шаг к пониманию различных процессов, лежащих в основе формирования долговременной памяти.
"Мы показываем, что метилирование ДНК – это один из молекулярных механизмов, который регулирует специфичность памяти и повторное обучение, и с помощью которого жизненный опыт организма может накапливаться и интегрироваться," говорит доктор Стефани Бирганс, первый автор исследования и исследователь из Университета Квинсленда, Австралия.
"Медоносные пчелы обладают удивительной способностью учиться и запоминать," говорит исследователь. "Они могут считать до четырех и ориентироваться, изучая шаблоны и ориентиры. Они также являются социальными насекомыми, которые взаимодействуют, учат и учатся, что делает их успешными собирателями. Пчелы помнят, как найти источник пищи, насколько он хорош и как вернуться в улей."
Таким образом, пчела может формировать сложные воспоминания посредством процессов, очень похожих на те, что происходят в человеческом мозгу. Но мозг медоносной пчелы проще, и у них меньший геном. Это делает их идеальной моделью для исследования того, как происходят различные процессы, необходимые для долговременной памяти.
Ученые знают, что при формировании памяти молекулярные изменения могут вызывать физические изменения в мозге, включая новые или измененные нейронные связи и активность. Они накапливаются на протяжении всей жизни, чтобы создать нашу долговременную память.
Одна серия молекулярных изменений, которые могут произойти из-за опыта или изменений окружающей среды и которые влияют на формирование памяти, – это дифференциальная экспрессия определенных генов, опосредованная, среди прочего, посредством процессов, которые в совокупности называются эпигенетическими механизмами. Они регулируют экспрессию генов посредством модификаций ДНК или связанных с ней белков, не изменяя сами гены.
"Мы знали, что метилирование ДНК – это эпигенетический процесс, происходящий в головном мозге и связанный с формированием памяти," Бирганс объясняет. "Когда мы блокируем этот процесс у пчел, это влияет на то, как они запоминают."
Бирганс научил две группы пчел ожидать сахара при наличии определенного запаха. Одна группа училась в течение длительного периода, много раз вместе подвергаясь воздействию сахара и запаха. Другой получил комбинацию только один раз. Используя соединение-ингибитор, Бирганс остановил метилирование ДНК у некоторых пчел в каждой группе. Формирование памяти пчел в двух группах было протестировано и сравнено, с метилированием ДНК и без него. Изменяя запах, который сопровождает пищу, Бирганс и его коллеги также обнаружили, что метилирование ДНК влияет на то, как пчела может переучиваться.
"Когда пчелам давали сахар и запах много раз вместе, присутствие метилирования ДНК увеличивало специфичность памяти – они были менее восприимчивы к новому запаху. С другой стороны, при однократном введении в комбинацию метилирование ДНК снижает специфичность," она резюмирует.
Для медоносной пчелы это имеет смысл. Когда пчела получает пищу с одного цветка, не стоит вспоминать, как он пахнет. У этой пчелы будет общая память об этом участке, но она будет ходить по магазинам и пробовать другие цветы – нет никакой специфики в ее добыче. Но когда каждый цветок с таким запахом снова и снова оказывается хорошим источником питания, пчела будет прилипать к этим цветам и искать их.
Метилирование ДНК также происходит в человеческом мозгу, и выводы команды являются ключом к пониманию того, как мы запоминаем. И как мы забываем.
"Понимая, как изменения в эпигеноме накапливаются, проявляются и влияют на функцию мозга, в будущем мы сможем разработать методы лечения заболеваний мозга, которые также развиваются на протяжении всей жизни. Считается, что существует генетическая предрасположенность к некоторым состояниям, таким как болезнь Альцгеймера и деменция, но во многих случаях факторы окружающей среды определяют, проявится ли болезнь," Бирганс заключает.