Гены памяти

Кому незнакома расхожая "мудрость": не волнуйся - нервные клетки не восстанавливаются. А, оказывается, им и не надо восстанавливаться. Сколько живет человек, столько живут и его нервные клетки, причем они и только они обладают способностью хранить следы самых разных событий его жизни с самого детства...

Да, нервные клетки не гибнут, но их состав постоянно обновляется. Где-то через месяц в них уже другие белки. Обновились молекулы, а память сохранилась. Каким же образом? Всё дело в генах памяти!

С этого интереснейшего вопроса начался наш разговор с К.В. АНОХИНЫМ, доктором медицинских наук, руководителем лаборатории молекулярной нейробиологии НИИ нормальной физиологии имени П.К.Анохина РАМН.

Константин Владимирович - молодой доктор наук, защитил диссертацию пару лет назад в 36-летнем возрасте. Но за результатами исследований возглавляемой им лаборатории с интересом следят многие физиологи мира.

- Вопросы как, каким образом нервная клетка столь долго хранит след памяти, подсказывали и предположительный ответ. Единственный вид молекул в клетке, которые гарантируют нашу индивидуальность, - это ДНК. Благодаря ей мы те, кто мы есть. Лет 30 назад физиологи выдвинули гипотезу, что приобретенная, а не только наследственная память должна откладываться и храниться в молекулах ДНК. Ведь только часть ее - геном (совокупность генов, содержащихся в одинарном наборе хромосом данного организма) - не меняется, все остальное обновляется. Гипотезе были найдены и косвенные подтверждения. Например, обнаружено, что, когда животное что-то запоминает, генетический аппарат активизируется и какие-то гены начинают вырабатывать белки. Но какие гены?

В каждой клетке часть генов молчит. Те, что активизировались под воздействием обучения, - это "молчуны" или уже работавшие ранее, но только в другой ипостаси? В конце 60-х годов физиологи и наши, и других стран делали немало попыток ответить на эти вопросы. Увы, интерес вскоре захлебнулся - не было еще достаточно развитых методов для изучения генетического аппарата. Это сейчас молекулярная биология - наука конкретная, с генной инженерией, клонированием генов... А тогда ученые занялись более доступными проблемами, исследования же механизма памяти застопорились лет на 10.

- Какими путями вы пришли к этой проблеме, ведь она изначально не сулила быстрых результатов?

- Тут надо отдать должное директору нашего института, академику РАМН Константину Викторовичу Судакову. Его давно интересовала эта тема, и он увлек меня ею после защиты кандидатской диссертации в 1984. К этому времени появилась и фундаментальная база для плодотворной встречи науки о мозге и молекулярной биологии.

С несколькими сотрудниками лаборатории известного молекулярного биолога академика Г.П.Георгиева и лаборатории Института молекулярной генетики АН мы объединились и начали работать.

- Поиск - это и расплывчатость первичного замысла и тупики. Были они у вас?

- Даже не один. Главная задача, которая меня интересовала, - найти гены, включающиеся, когда клетка получает новое знание, запоминает новую ситуацию. Ни одного, который бы непосредственно отвечал за формирование следа памяти и только за это, отыскать не удалось. Тогда наши надежды сосредоточились на том, чтобы определить гены-"совместители", которые наряду с другими выполняют и функции генов памяти.

К успеху привела проверка странной на первый взгляд гипотезы. Мы предположили, что ими может быть определенное семейство генов, которое первоначально рассматривалось как активный участник ракового процесса.

Наверное, все слышали об онкогенах. Когда вирус захватывает некоторые гены и переносит их из одной клетки в другую, начинается ее неконтролируемое деление, растет опухоль. Но вирусы - это уже патология, нарушение нормального процесса. А какую роль выполняют гены - прародители онкогенов, или, как их называют, протоонкогены в нормальных условиях? Зачем они нужны?

Несколько протоонкогенов - и это было уже известно - контролируют процесс роста и дифференцировки клеток. На мысль, что именно они выступают и в другой роли, участвуя в формировании следа памяти, меня натолкнула очень старая, известная еще в прошлом веке теория, полагающая, что обучение мозга - это не что иное, как продолжение его развития и дифференцировки.

Между развитием, совершенствованием нервной системы и накоплением памяти есть явная связь. И свои загадки: нас, к примеру, продолжает удивлять тот факт, что с ростом ребенка, с формированием личности увеличивается масса мозгового вещества при том же количестве нервных клеток... Не могут ли эти процессы иметь общий молекулярный механизм, использовать те же самые гены?

Где-то после 1986 года мы выбрались на верную дорогу. Исследовав набор протоонкогенов, определили несколько из них, которые включаются в нервной клетке в момент запоминания новой информации. Мы были первыми в мире, кто обнаружил гены, активизирующиеся в мозге в момент запоминания и обучения.

Тут правомерны два вопроса. А действительно ли эти несколько генов связаны с запоминанием? И что эти гены делают, в чем состоит их функция?

Исследования самых разных животных (цыплят, мышей, крыс, котят) в разных ситуациях подтвердили, что эти гены являются универсальным звеном процесса запоминания каждый раз, когда животное сталкивалось с чем-то новым. Они включались только при формировании следа памяти и практически не реагировали при любой другой активности.

На второй вопрос ответили уже не мы. Отчасти потому, что известие о нашем открытии подхлестнуло работы, ведущиеся в лабораториях разных стран, отчасти по причине нарастающего интереса к проблеме молекулярной нейробиологии.

Так или иначе сейчас уже точно известно, что гены, которые работают в момент формирования памяти (их называют "ранними"), передавая сигналы от мембраны нейрона к ядру, кодируют специфические белки - транскрипционные факторы, которые запускают вторую волну экспрессии генов ("поздние" гены). И они меняют уже всю программу работы нервных клеток. В них появляются модификации, связанные с долговременным хранением следов памяти.

Так что запуск новых генетических программ нервной клетки и есть совершенствование мозга. И данный двухфазный механизм вовлечения генетического аппарата нервных клеток в формирование памяти родственен механизму действия генов во время клеточного роста и дифференцировки.

- Что нового можно извлечь из этого знания для науки и медицины?

- Фундаментальные исследования дали многое для понимания молекулярных механизмов памяти и выхода на новые пути в познании мозга. Появилась возможность использовать "ранние" гены как инструмент для выяснения механизмов передачи сигналов от мембраны к геному, а также поиска "поздних" генов, активизирующихся в нейронах при консолидации памяти. Кроме того, экспрессия "ранних" генов может быть использована как молекулярный маркер для выявления областей и зон мозга, вовлекающихся в пластические перестройки при обучении. Так что, надеюсь, в ближайшие десять лет мы сможем понять, как записывается и хранится память в нервных клетках.

Кстати, сейчас мы создаем атлас "следов памяти в мозге" - уникальное собрание стереоскопических карт мозга, изображающих участки, служащие как бы кладовыми всего жизненного опыта живого существа. Эту компьютерную объемную реконструкцию мозга, проводимую с помощью ДНК-зондов, мы выполняем в рамках совместной с англичанами и голландцами программы "Нейроген". Думаю, что не за горами время, когда ученые будут точно знать, где в нашем мозгу хранятся воспоминания о детстве, музыке, первой любви...

Обнаружение "генов памяти" имеет значение и для медицины. Пока для экспериментальной. Но давайте пофантазируем. Скажем, попал человек в экстремальную ситуацию: автомобильная катастрофа, несчастный случай с близкими, тяжелые роды... Его нервная система не справляется со стрессом, в его памяти все время прокручиваются страшные картины, развивается невроз.

Если бы мы могли воздействовать на гены, формирующие следы памяти в геноме, мы бы стерли источник невротического состояния. И в молекулярной биологии уже появляются методы, позволяющие избирательно выключать работу отдельных генов. Сейчас уже есть основания для новых подходов к направленному поиску фармакологических средств, влияющих на функции нервной системы через действие на генетический аппарат нервной клетки.

- Константин Владимирович, вы упомянули совместную программу "Нейроген". Расскажите об этом чуть подробнее.  

- С известным не только в Англии нейрофизиологом Стивеном Роузом мы сотрудничаем уже несколько лет. В свое время, подробно ознакомившись с работой нашего института, он выступил с инициативой объединения исследований. Два года назад Российской Академией медицинских наук и Королевским научным обществом Великобритании была создана объединенная российско-британская лаборатория нейробиологии памяти. Идет интенсивный обмен сотрудниками, на "рабочих местах" они продолжают исследования по общим темам, не теряя времени, без проблем, связанным с оборудованием, финансированием. В прошлом году к нашему проекту присоединился известный голландский ученый Вильям Гиспен. По сути, сейчас мы стали частью общеевропейского проекта исследования механизмов памяти, который объединяет 5 ведущих лабораторий Европы.

Ну а помимо совместных исследований, мы продолжаем и свои. В частности, интересные перспективы у разрабатываемой проблемы борьбы с зависимостью от алкоголя и наркотиков. Мы проверяем, не могут ли те же гены, которые мы нашли при обучении, участвовать и в формировании наркотической зависимости? Тогда, если заблокировать такие гены, это подавит ответ генома, значит, не сформируется или прервется зависимость...

- Насколько мне известно, эту работу вы делаете совместно с учеными Российского наркологического центра, где работает ваша мать, член-корреспондент РАМН Ирина Петровна Анохина... А вообще облегчает или затрудняет вам жизнь ваша фамилия? Ведь и институт, где вы работаете, носит имя вашего деда, выдающегося физиолога Петра Кузьмича Анохина.

- В любом случае я посвятил бы свою жизнь науке о мозге. А фамилия? Для меня она много значит. И прежде всего поддерживает неослабевающее чувство ответственности перед ней, дает нравственный образец преданности науке. Не знаю, может, это слишком высокие слова... Но мне эти понятия не безразличны.

- Вот мы говорили с вами о перспективах воздействия на "гены памяти", вмешательства в тончайшие механизмы жизнедеятельности клетки. А я прокручиваю в уме эпизоды фантастических книг о "зомби", слухи о психотропном оружии, картины массового телегипноза... Страшно.

- Мне не хотелось бы говорить на эту тему между прочим. Здесь слишком много проблем, и не столько научных, сколько нравственных. Наверное, это предмет отдельного серьезного разговора. Но наш долг, долг ученых в том, чтобы вносить посильный вклад в копилку общечеловеческих знаний.

Неля МЕНЬШИКОВА