«ПЕРВЫЙ СРЕДИ РАВНЫХ...»
Нормативные документы
Противодействие коррупции
Поступающим
Студентам
Выпускникам
Проект 5-100
Аккредитация специалистов
15.04.2009

Молекулы, задействованные в иммунном ответе, играют роль в обучении и памяти

Профессор нейробиологии Карла Шатц (Carla Shatz) и ее коллеги из Медицинской Школы Стэндфордского Университета (Stanford University School of Medicine) показали, что обширное семейство белков, известное для клеток человека как HLA (лейкоцитарный антиген человека), а для остальных животных – как MHC (главный комплекс гистосовместимости), играют важную роль в мозге. «Мы считаем, что эти молекулы играют роль в процессах запоминания и обучения», говорит Карла Шатц. Интересно, что отсутствие одного из типов MHC на нервных клетках способствует улучшению моторной памяти, но при этом тормозит другие способности.

Белки MHC находятся на поверхности внешней мембраны большинства клеток. Большая их часть связана с фрагментами внутриклеточных пептидов либо пептидов, принадлежащих патогенам, инфицировавшим клетку. Эти белковые фрагменты служат сигналами «узнавания» для клеток иммунной системы – T-лимфоцитов. Благодаря работе MHC Т-лимфоциты различают здоровые клетки организма, злокачественные и инфицированные патогенами.

Долгое время считалось, что молекулы MHC обнаруживаются на поверхности клеток мозга только тогда, когда мозг травмирован либо когда в нем происходит инфекционный процесс. Однако общепринятая картина была пересмотрена, когда научная группа, возглавляемая Карлой Шатц, сравнила экспрессию генов в нервных клетках мышей, содержавшихся в стандартных условиях, и животных, лишенных визуальных стимулов. В частности, они анализировали участок коры головного мозга, ответственный за анализ визуальной информации. «Для нас было совершенной неожиданностью, когда мы обнаружили, что один из генов, активирующийся в ответ на поступление визуальных стимулов, кодирует молекулу MHC», говорит руководитель исследования.

Шатц и ее коллеги показали, что блокирование экспрессии большинства молекул MHC вызывает нарушения в формировании системы анализа визуальной информации в мозге экспериментальных животных. Обнаружилось, что из 60 разновидностей MHC, присутствующих у мышей, две разновидности – «К» и «D» - экспрессируются нейронами мозжечка, структуры, которая ответственна за моторное обучение и формирование так называемой «мышечной памяти».

Ключевым элементом в нейронных сетях мозжечка являются клетки Пуркинье. Моторные навыки закрепляются благодаря динамическим усилениям и ослаблениям синаптических связей клеток Пуркинье и других нейронов мозжечка, головного и спинного мозга.

В своей новой работе ученые наблюдали за способностью мышей сохранять равновесие на вращающемся стержне. Один из исследователей, Майк МакКоннелл (Mike McConnell), работал с двумя группами мышей – нормальных и с подавленной продукцией MHC-K и –D. При этом сам исследователь не знал, из какой – экспериментальной или контрольной – группы та или иная мышь, чтобы его собственные ожидания не могли исказить результатов. Оказалось, что мыши из одной группы обучаются гораздо быстрее, чем мыши из другой. При этом через три месяца, когда тест был повторен, оказалось, что мыши из одной группы помнят задание и продолжают совершенствоваться в его выполнении, все большее время удерживаясь на вращающемся стержне, а мыши из другой группы все забыли и вынуждены учиться заново. Оказалось, что лучше обучались мыши из мутантной группы.

Исследователи оценили состояние ткани мозжечка, и выяснили, что синаптические контакты между клетками Пуркинье и нейронами, с которых на клетки Пуркинье приходят входящие сигналы, у мышей без молекул MHC-K и –D гораздо более пластичны. То есть отсутствия молекул MHC было достаточно для изменения характера формирования связей в мозге – однако как в сторону их усиления, так и в сторону ослабления. То есть старые контакты быстрее разрушались, новые – активнее образовывались. Белки MHC служили своеобразным «тормозом» для ремоделирования синаптических связей.

Моторные навыки очень важны для выживания в дикой природе. Если отсутствие данных молекул улучшает формирование и закрепление моторных навыков, возникает закономерный вопрос – почему животные, дефицитные по данным генам, не получили эволюционного преимущества? «Помимо моторного обучения существуют еще и другие формы обучения, - напоминает руководитель работы, - это когнитивное обучение, способность к узнаванию и так далее, центры которых не локализуются в мозжечке. Если животное сумело убежать от хищника за счет моторных навыков, но при этом не способно ориентироваться в окружающей среде, то вряд ли это можно назвать преимуществом. К тому же, лабильные связи в головном мозге резко увеличивают риск развития эпилепсии».

Исследователи из Стэнфорда идентифицировали и другие молекулы MHC, присутствующие на других типах нейронов в головном мозге. Возможно, они также отвечают за состояние синаптических контактов между клетками и могут играть роль в самых разных расстройствах нервной деятельности. Это знание может помочь раскрыть уже давно обсуждаемую связь патологий иммунной системы и нарушений развития мозга, приводящих к аутизму и шизофрении.
 

Результаты работы опубликованы 30 марта 2009 г. в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

По материалам: Stanford University Medical Center


Исходная статья: Cbio