Раскрытие тайны формирования памяти открывает двери для лечения болезни Альцгеймера

Впервые исследователи определили, как жирные кислоты мозга и контролирующие их гены оказывают решающее значение для формирования памяти. Помимо улучшения нашего понимания того, как формируются воспоминания, это достижение открывает двери для новых методов лечения заболеваний, влияющих на память, таких как болезнь Альцгеймера.

Человеческий мозг сильно обогащен жирными соединениями, называемыми липидами, которые составляют около 60% его веса. Тип липидов головного мозга, фосфолипиды, и их строительные блоки из свободных жирных кислот (СЖК) составляют мембраны нейронов, которые играют решающую роль в обучении и памяти.

Однако механизмы, с помощью которых активность нейронов влияет на липидный ландшафт мозга и последующее формирование памяти, плохо изучены.

Теперь новое исследование, проведенное исследователями из Университета Квинсленда (UQ) в сотрудничестве с университетами Нового Южного Уэльса, Страсбурга и Бордо пролило свет на молекулярные механизмы и гены, лежащие в основе создания воспоминаний.

«Ранее мы показали, что уровень насыщенных жирных кислот в мозге увеличивается во время нейронной связи, но мы не знали, что вызывает эти изменения», — сказал Исаак Акефе, ведущий автор исследования. «Теперь мы впервые выявили изменения в составе жирных кислот мозга, когда нейроны кодируют воспоминания».

Во время неврологических процессов фермент фосфолипаза А1 (PLA1) гидролизует фосфолипиды с образованием насыщенных СЖК, изменяя местную среду мозга.

Исследования показали, что фосфолипиды, такие как PLA1, и их метаболиты FFA связываются с ключевыми белками, такими как синтаксин-1A (STX1A) и Munc18-1 (STXBP1), регулируя синаптические пузырьки, которые высвобождают нейротрансмиттеры и необходимы для распространения нервных импульсов между нейронами.

Важность PLA1 для функции нейронов демонстрируется на примере генетического заболевания — наследственной спастической параплегии (HSP), при котором мутация в гене DDHD2, кодирующем PLA1, связана с когнитивной дисфункцией.

Чтобы изучить роль DDHD2 в формировании памяти, исследователи использовали модель HSP на мышах с нокаутом гена DDHD2 и отслеживали нейромоторное и когнитивное снижение животных на протяжении всей их жизни. Они оценили изменения в 19 СЖК в пяти областях мозга в ответ на процедуру, проверяющую ассоциативную память, основанную на вознаграждении. (Нокаут гена — метод молекулярной генетики, при котором из организма удаляют или выводят из строя определенные гены. Таким образом получают организм, «нокаутный» по неработающим генам.)

В то время как процедура тестирования вызвала специфичные для региона изменения в липидном ландшафте мозга у контрольных мышей, характеризующиеся увеличением насыщенных СЖК, мыши с нокаутом гена DDHD2 продемонстрировали значительное снижение реакции насыщенных СЖК даже до того, как произошло ухудшение памяти.

«Мутации в генах снижают уровень свободных жирных кислот и способствуют неврологическим расстройствам», — сказал Фредерик Менье, один из авторов исследования.

«Чтобы определить важность свободных жирных кислот в формировании памяти, мы использовали мышиные модели, в которых ген PLA1 удален. Мы отслеживали начало и прогрессирование неврологических и когнитивных нарушений на протяжении всей их жизни. Мы увидели, что даже до того, как их память ухудшилась, уровень насыщенных свободных жирных кислот у них был значительно ниже, чем у контрольных мышей. Это указывает на то, что этот фермент PLA1 и жирные кислоты, которые он выделяет, играют ключевую роль в приобретении памяти».

Полученные результаты имеют важное значение для понимания того, как формируются воспоминания, и разработки методов лечения заболеваний, влияющих на память.

«Наши результаты показывают, что управление этим путем приобретения памяти имеет потрясающий потенциал для лечения нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера», — сказал Менье.

Исследование было опубликовано в журнале EMBO Journal.