Когда мы впервые покупаем смартфон, все наши настройки и приложения совпадают. Но с течением времени все телефоны претерпят существенные изменения, поскольку мы адаптируем их к своим индивидуальным потребностям и предпочтениям. Таким же образом наши воспоминания и жизненный опыт загружаются в наш мозг, делая одного человека уникальным из другого.

Даже самые простые переживания изменяют наш мозг на клеточном уровне. Каждый раз, когда мы узнаем что-то новое, наш мозг меняется. Как именно эта информация хранится в нашем мозге, до сих пор в значительной степени неизвестно – до сих пор.

Хехуан "Дэвид" Се, доцент кафедры биомедицинских наук и патобиологии в Колледже ветеринарной медицины Вирджинии и Мэриленда, и его сотрудники только что опубликовали новое исследование в журнале Nature Communications .

В этом исследовании Се и его исследовательская группа выяснили факторы транскрипции и ферменты, которые контролируют определенные процессы в мозге посредством метилирования ДНК.

С помощью этой новой информации исследователи смогут узнать больше о долговременном хранении памяти и последствиях, которые это может иметь для понимания болезни Альцгеймера и других расстройств, которые приводят к потере памяти.

«С каждым опытом и учебными процессами вы становитесь запрограммированными на то, чтобы становиться разными людьми. Увлекательно начинать понимать, как процесс обучения происходит в мозгу и как каждый новый кусочек полученной информации сделает вас по-другому завтра» "сказал Се, который также является членом преподавательского состава Института наук о жизни Фралина.

Это исследование является результатом совместной работы многих лабораторий в Технологии Вирджинии, включая Ливу Ли, профессора кафедры биологических наук в Колледже наук; Цзиньсун Чжу, профессор кафедры биохимии в Колледже сельского хозяйства и естественных наук; Алексей Морозов, доцент Института биомедицинских исследований им. Фралина при ВТЦ и кафедры биомедицинской инженерии и механики в Инженерном колледже; Алисия Пикрелл, доцент Школы нейробиологии в Колледже наук; и Мишель Теус, доцент кафедры биомедицинских наук и патобиологии в колледже ветеринарной медицины Вирджинии и Мэриленда.

Се и его коллеги тщательно рассматривают два компонента, Egr1 и TET1, которые гипотетически объединяются, чтобы помочь нам изучать новые вещи и формировать долговременную память. «Egr1 и фермент TET1, это как программа, которая принимает данные и сохраняет их в вашем iPhone», – сказал Се. В данном случае «вход» – это внешняя сенсорная информация, а «iPhone» – ваш мозг.

Используя модели мышей, Се посмотрел на их лобные кортикальные области, первичную область мозга, где сохраняется обучение и где мозг является самым медленным для созревания. Исследователи использовали модель мыши, чтобы сделать более поразительные наблюдения, такие как нокаут генов.

Egr1 является фактором транскрипции, который представляет собой белок, который помогает транскрибировать ДНК в РНК. Egr1 играет жизненно важную роль в формировании долговременной памяти, и предыдущие исследования показали, что когда фактор транскрипции выбивается из мыши, это приводит к потере памяти.

TET1 представляет собой фермент, который участвует в активном деметилировании ДНК. Метилирование ДНК происходит, когда метильная группа добавляется к молекуле ДНК, которая затем ингибирует промоторную область гена. Другими словами, когда ДНК метилируется, гены не могут быть экспрессированы или активированы.

Egr1 и TET1 поставлены задачи по удалению этой метильной группы, чтобы можно было активировать экспрессию генов и сохранить память.

«По сути, есть переключатель« вкл »или« выкл », который контролирует нашу экспрессию генов, или увеличивает или уменьшает наши уровни экспрессии. EGR1 помогает нам использовать эту систему переключения так, чтобы при получении внешнего стимула гены Быть выраженным – и выражаться быстрее. Теперь вы узнали это; это уже неметилировано, и теперь вы можете ответить соответствующим образом. "

Исследователи видят, что это объединение Egr1-TET1 может быть механизмом обучения, который простирается за пределы мозга. Например, в крови присутствуют «члены семьи», похожие на Egr1 и TET1.

В иммунной системе B-клетки памяти и T-клетки памяти являются ключевыми для создания и поддержания иммунологической памяти. У них есть способность запоминать антигены прошлых захватчиков, чтобы в следующий раз, когда они подверглись нападению, они могли инициировать быстрый иммунологический ответ.

Этот процесс указывает на возможность того, что другие органы теоретически могут формировать воспоминания. Серьезность этого открытия важна с точки зрения обучения. Есть ли вероятность того, что обучение может измениться к лучшему? Можем ли мы изменить систему образования, чтобы улучшить обучение?

Эти вопросы предназначены для изучения Се и его исследовательской группой.

Есть много таких фундаментальных вещей, которые мы не знаем. Например, маркеры и генные переключатели: как мы можем их идентифицировать и можем ли мы использовать эти переключатели? Можно ли это использовать для мониторинга какой-то болезни? Можно ли это использовать для мониторинга конкретных событий? Я думаю, что к нам приходит так много всего, и нам просто нужно подумать о том, что мы можем сделать прямо сейчас.

Хехуан "Дэвид" Се, доцент кафедры биомедицинских наук и патобиологии в колледже ветеринарной медицины Вирджинии и Мэриленда

Для будущих исследований Се заинтересован в том, чтобы узнать больше о том, как разные типы нейронов используют разные механизмы для реагирования на внешние раздражители.