Когда мы переживаем что-то новое, структура и функции наших нейронов и их связей быстро перестраиваются. Этот процесс, известный как синаптическая пластичность, имеет решающее значение для нашего обучения и адаптации. Однако эти изменения требуют много энергии.
Как нейроны снабжаются энергией при формировании памяти
Ученые из Института неврологии Макса Планка во Флориде нашли особый белок VAP, которая фиксирует клеточную электростанцию — митохондрию — вблизи синапсов в тот момент, когда происходит формирование памяти. Мутация этого белка ведет к развитию бокового амиотрофического склероза. Ученые надеются, что их работа поможет в лечении этой болезни.
Unsplash
Еще 15-20 лет назад казалось, что мы понимаем, как формируется память в мозге. Но процесс формирования памяти оказался очень сложным, и всякий раз, открывая новые механизмы, работающие на нашу память, мы сталкиваемся с новыми загадками.
К счастью, наши нейроны хорошо адаптированы к поддержке этих изменений. Биологические «батареи», известные как митохондрии, фиксируются вблизи мест синаптической перестройки, чтобы обеспечить локальное и эффективное энергоснабжение. Однако долгое время было непонятно, как митохондрии закрепляются возле синапсов.
Внутриклеточный «клей»
Митохондрия
Группа ученых из Института неврологии Макса Планка во Флориде теперь идентифицировала молекулярный якорь: это белок VAP. Именно он фиксирует митохондрии вблизи синапсов для энергоснаюжения процессов формирования памяти.
Идентификация VAP как молекулярного якоря имеет особое значение, поскольку его мутация приводит к БАС (боковому амиотрофическому склерозу), прогрессирующему заболеванию дегенерации двигательных нейронов. Эта работа, не только проливает свет на то, как формируется наша память, но и открывает новые направления исследований патологии БАС.
Ведущий научный сотрудник работы и руководитель исследовательской группы Института Макса Планка во Флориде доктор Видья Рангараджу так описывает результаты работы: «Хотя мы начали это исследование, чтобы понять фундаментальные свойства того, как работают воспоминания, наши результаты открывают важные новые направления исследований. Дальше мы будем исследовать связь когнитивных клеточных механизмов с двигательными симптомами при БАС. Мы считаем, что разработанные нами инструменты и подходы начнут проливать свет в этой области».
Зафиксированные митохондрии поддерживают пластичность синапсов в дендритах
Схема фиксации митохондрии около синапса.
Нейроны имеют сложную морфологию и постоянно ремоделируются. Чтобы энергетически поддержать эти изменения, митохондрии закрепляются локально возле синапсов. Эта локальная стабилизация позволяет энергии, вырабатываемой митохондриями, эффективно обеспечивать локальные структурные и функциональные изменения в синапсах во время формирования памяти.
«Однако эта стабильность является уникальной особенностью нейрональных дендритов», — объясняет Оджаси Бапат, первый автор исследования. — «В аксонах нейронов, где в первую очередь изучались митохондрии, они очень подвижны. Нас интересовало, как митохондрии стабилизируются в дендритах и что это означает для пластичности».
На этот вопрос удалось ответить: фиксатором митохондрий в дендритах оказался белок VAP.