Читая между строк ДНК

История эта не столь утопична, как кажется. В Алабамском университете (Бирмингем, США) существует лаборатория, в которой химическим способом вызывают амнезию у крыс. Нейробиологи Кортни Миллер и Дэвид Суитт сначала приучают подопытных животных к страху, время от времени помещая их в маленькую тренировочную клетку, по полу которой периодически пропускают слабые и неопасные, но болезненные разряды тока. Крысы быстро понимают, насколько неприятно находиться в этой клетке, и всякий раз замирают от страха, когда вновь попадают туда, если непосредственно после первого негативного опыта исследователи не вводят им в так называемую СА1-область гиппокампа вещество под названием «зебулярин». Тогда у большинства животных стирается память о тренировочной клетке, и на следующий день они обследуют ее добровольно и с любопытством, как будто попали туда впервые.

Очевидно, вещество вызывает частичную потерю памяти. Причем способность животных к обучаемости нисколько не страдает. Повторно испытав неприятные ощущения от электроразрядов и не получив после этого инъекции зебулярина, большинство крыс на следующий день демонстрируют типичную реакцию замирания от страха, которая показывает: они прекрасно знают, что их ждет.

До этого момента результаты нейроисследований Миллер и Суитта не производят особого впечатления, поскольку в последнее время уже появились публикации, в которых исследователи мозга доказывают, что могут влиять на обучаемость подопытных животных посредством манипуляции генами мозга. Но при этом они напрямую отключали те части генома, которые отвечают за усиление и создание новых связей между нервными клетками. Давно известно, что эти процессы составляют основу всякого обучения.

А зебулярин действует на более глубоком уровне: он подавляет упоминавшийся в первой главе фермент ДНК-метилтрансферазу (DNMT), с помощью которого метильные группы прикрепляются к ДНК, тем самым эпигенетически отключая участки генома. Кроме того, Кортни Миллер и Дэвид Суитт смогли продемонстрировать, что в клетках гиппокампа подопытных животных после отрицательных переживаний наблюдается особенно много DNMT. Эксперимент доказывает, что химическая блокада этого фермента надежно стирает воспоминание. Итак, их новое открытие можно сформулировать предельно кратко: без второго кода и его потенциала изменчивости не существовало бы долговременной памяти.

Представляется, что метилирующий фермент способствует формированию воспоминаний, модифицируя эпигенетические переключатели. Миллер и Суитт резюмируют: вероятно, таким образом он — наряду с модификациями структуры гистонов — способствует перенесению информации из кратковременной памяти в долговременную.

Как отмечает швейцарский эпигенетик Изабель Мансуи из Цюрихского университета, ученые из Алабамы первыми доказали, что метилирование ДНК представляет собой активный, важный для формирования памяти процесс. И тем самым наконец подтвердилась идея, которую уже в 1984 году сформулировал лауреат Нобелевской премии Фрэнсис Крик, один из авторов открытия спиральной модели ДНК: «Вероятно, память кодируется в особых участках хромосомных ДНК». Похоже, этими участками как раз оказались включенные или отключенные эпигеномом части наследственного материала.

Когда Кортни Миллер и Дэвид Суитт более пристально исследовали гиппокампы подопытных животных, они даже обнаружили, какие именно участки генома изменяет второй код в процессе формирования памяти: метильными группами блокируется ген, кодирующий специальную фосфатазу — фермент, удаляющий с белков фосфатные группы. Уже известно, что в активном состоянии этот ген помогает стирать лишние воспоминания. Если же он блокирован, воспоминание остается, — очевидно, в этом случае оно не расценивается как лишнее.

С другой стороны, когда нервные клетки переучиваются, они отсоединяют метильные группы, например, на гене так называемого рилина. Как это происходит, пока не известно. Но установлено, что и это изменение помогает работе памяти: рилин способствует образованию и укреплению новых нервных связей. Большое количество рилина в клетке непосредственно увеличивает объем памяти.

Дэвид Суитт убежден, что этот результат — чрезвычайно важный шаг на пути постижения процесса обучения как такового. «Осмелюсь предположить, что выявленная нами регуляция метилирования ДНК — универсальный молекулярный способ, присущий любой форме формирования памяти, — говорит он. — Этот основополагающий механизм нейроны могут использовать везде».

Метилирование ДНК в процессе формирования памяти. Так американский исследователь мозга Дэвид Суитт назвал свою абстрактную акриловую картину. Вдохновили его собственные познания, касающиеся эпигенетики обучения.