Ученые обнаружили неожиданную функцию тау-белка, без которой воспоминания могут не пережить время
Тау-белок обычно рассматривают как одного из главных виновников болезни Альцгеймера. Однако новое исследование показало неожиданную сторону его работы: в нормальном мозге тау помогает превращать свежие воспоминания в долговременные. Более того, ключевую роль играет одна конкретная химическая модификация белка. Открытие помогает понять не только то, как формируется память, но и почему она исчезает при нейродегенеративных заболеваниях.
 |
| Исследование показало, что тау-белок помогает отбирать нейроны, которые сохраняют воспоминания на месяцы и годы. |
Почему это исследование может изменить взгляд на болезнь Альцгеймера
Когда говорят о болезни Альцгеймера, обычно вспоминают два белка — амилоид и тау.
Амилоид образует внеклеточные бляшки, а тау накапливается внутри нейронов в виде патологических клубков. Именно тау сегодня считается одним из наиболее тесно связанных с потерей памяти факторов заболевания.
Но здесь возникает важный вопрос.
Если природа создала этот белок, значит у него есть нормальная функция. Иначе эволюция давно избавилась бы от него.
Именно эту загадку решили изучить исследователи из Австралии. Вместо того чтобы спрашивать, как патологический тау разрушает память, они задали другой вопрос: что делает нормальный тау в здоровом мозге?
Ответ оказался неожиданным.
Оказывается, память хранится не во всем мозге сразу
Современная нейронаука рассматривает память не как запись в отдельной клетке, а как особую сеть нейронов.
Такую сеть называют «энграммой».
Когда человек получает новый опыт, активируется небольшая группа нейронов. Именно они становятся физическим носителем воспоминания. Позже повторная активация этой же группы позволяет вспомнить событие.
Проще говоря, память — это не файл на жестком диске, а конкретная команда нейронов, которая учится работать вместе.
Последние годы ученые научились находить такие клетки и даже искусственно активировать их светом, вызывая воспоминания у животных.
Однако до сих пор было плохо понятно, какие молекулы помогают формировать эти нейронные ансамбли.
Исследователи обнаружили, что тау нужен именно для долговременной памяти
Авторы использовали несколько моделей обучения у мышей.
Животных обучали:
- ассоциации между звуком и неприятным стимулом;
- визуальному распознаванию объектов;
- пространственной ориентации в лабиринте.
Результат оказался удивительно последовательным.
Мыши без тау-белка нормально учились.
Они нормально вспоминали информацию через сутки.
Но спустя недели и месяцы память начинала разрушаться.
Это означает, что тау почти не нужен для формирования краткосрочных воспоминаний.
Зато он критически важен для того, чтобы память пережила время.
Именно здесь исследование делает важный поворот.
Момент осознания: проблема не в хранении памяти, а в выборе правильных нейронов
Интуитивно можно предположить, что для хорошей памяти нужно активировать как можно больше нейронов.
Исследование показало обратное.
Для устойчивой памяти мозгу нужна не массовая активация, а очень точный отбор клеток.
Во время формирования воспоминания должен активироваться ограниченный набор нейронов. Остальные должны оставаться относительно «тихими».
Если активируется слишком много клеток, память становится менее точной и менее устойчивой.
Авторы обнаружили, что тау работает как своеобразный диспетчер этого процесса. Он помогает ограничить лишнюю активацию и направляет возбуждение именно в клетки будущей энграммы.
Проще говоря, тау помогает мозгу выбрать правильных участников команды памяти и не допустить лишний шум.
Вся история свелась к одной молекулярной метке
Наиболее интересная часть работы касается одной конкретной химической модификации тау.
Белки в организме постоянно регулируются через процесс фосфорилирования — присоединения фосфатной группы.
Обычно повышенное фосфорилирование тау считается признаком патологии.
Но оказалось, что существует исключение.
Авторы обнаружили, что во время обучения резко возрастает фосфорилирование тау в одной конкретной точке — позиции T205.
Когда ученые генетически убрали возможность такой модификации, произошло нечто показательное.
Мыши:
- продолжали нормально учиться;
- сохраняли краткосрочную память;
- теряли способность эффективно формировать отдаленные воспоминания.
Получается, что эта маленькая химическая метка выступает своеобразным переключателем долговременной памяти.
Еще более неожиданное открытие
Исследователи решили проверить, что именно ломается без тау.
Для этого они использовали оптогенетику — технологию, позволяющую включать определенные нейроны светом.
И здесь обнаружился очень важный факт.
Если память уже записана в нейронную сеть, ее можно вызвать искусственной стимуляцией даже при отсутствии тау.
Это означает, что сам след памяти не исчезает полностью.
Проблема возникает на этапе естественного доступа к нему.
Авторы предполагают, что тау помогает связать внешний сигнал — звук, образ или контекст — с правильной нейронной сетью памяти.
Без этого механизма воспоминание словно остается в мозге, но становится труднодоступным.
Именно такая идея давно обсуждается применительно к ранним стадиям болезни Альцгеймера.
Как патологический тау разрушает память
Вторая часть работы касается уже болезни.
Ученые внедрили в клетки памяти мутантную форму тау P301S, связанную с лобно-височной деменцией.
Результат оказался драматичным.
Если патологический тау присутствовал во время формирования воспоминания, развивалась антероградная амнезия — невозможность нормально создать новую память.
Если тот же белок появлялся во время извлечения воспоминания, возникала ретроградная амнезия — потеря доступа к уже существующей памяти.
При этом исследователи наблюдали чрезмерную активацию нейронов вокруг энграммы.
То есть патологический тау словно отключал систему фильтрации и позволял лишним клеткам вмешиваться в работу памяти.
Что это меняет в понимании болезни Альцгеймера
Долгое время считалось, что тау просто токсичен.
Новая работа предлагает более тонкую картину.
Возможно, проблема заключается не только в том, что патологический тау повреждает нейроны.
Он одновременно нарушает нормальную физиологическую функцию здорового тау.
В результате мозг теряеть способность точно формировать и активировать нейронные ансамбли памяти.
Это помогает объяснить, почему пациенты с болезнью Альцгеймера часто испытывают трудности не только с сохранением новых воспоминаний, но и с извлечением уже существующих.
Почему открытие интересно далеко за пределами деменции
Работа затрагивает один из самых фундаментальных вопросов нейронауки.
Что именно делает воспоминание долговременным?
Исследование показывает, что долговечность памяти зависит не только от силы сигнала и не только от числа активированных нейронов.
Ключевое значение имеет точность формирования нейронной сети.
Тау-белок оказался одним из молекулярных механизмов, которые обеспечивают эту точность.
Фактически ученые нашли новую связь между молекулярной биологией и физическим носителем памяти — энграммой.
Для фундаментальной науки это не менее важно, чем для исследований болезни Альцгеймера.
Данная публикация предназначена для специалистов здравоохранения и участников фармрынка. Аналитические выводы редакции носят информационный характер и не являются призывом к самолечению или заменой очной консультации врача. При работе с лекарственными препаратами необходимо руководствоваться официальной инструкцией и мнением профильного специалиста. Полный текст дисклеймера.
Источники и материалы
- Tau T205 phosphorylation modulates engram cell recruitment and remote memory in mice — Nature Communications
- Scientists Discover Alzheimer's-Linked Protein's Surprising Role in Making Memories Last — SciTechDaily
- Tau T205 phosphorylation modulates engram cell recruitment and remote memory in mice — PubMed / National Library of Medicine
- National Institute on Aging (NIH) — Official Website