Газета "Наш Мир" br> Несмотря на столетние исследования, память, кодированная в
головном мозге остаётся загадкой. Сильные связи нейронных синапсов
вовлечены в процесс, но синаптические компоненты недолговечны и
сохраняют только последние моменты жизни. Это говорит о том, что
синаптическая информация кодируется и проводится на более глубоком,
более детальном молекулярном уровне, сообщает «WordScience.org».
В статье опубликованной 8-го марта 2012-го года в выпуске журнала
«PLoS Computational Biology», физики Трэвис Крэддок и Джек Тусцунски из
Альбертского университета и анестезиолог Стюарт Хэмерофф из Аризонского
университета продемонстрировали вероятный механизм того, как кодируется
синаптическая память в микротрубочках, основных компонентах структурного
цитоскелета в нейронах.
Микротрубочки являются цилиндрическими шестиугольными полимерами
белка тубулина, включающие 15 процентов от общего белка головного мозга.
Они определяют архитектуру нейронов, регулируют синапсы и обрабатывают
информацию с помощью интерактивного тубулина. Но, до недавнего времени,
любое подобие общего кода подключения микротрубочек в синаптической
активности не имело объяснений.
Стандартная экспериментальная модель нейронной памяти является
долгосрочным потенцированием («LTP»), в котором краткое
предсинаптическое возбуждение приводит к длительной постсинаптической
чувствительности. Важным игроком в долгосрочном петенцировании является
шестиугольный фермент кальция / альфа-кальмодулин-зависимая
протеинкиназа II («CaMKII»). После пресинаптического возбуждения ионы
кальция, входящие в постсинаптические нейроны, вызывают «CaMKII» имеющую
форму снежинки, чтобы преобразовать расширение доменов киназы,
расположенных выше и ниже центральной области активированного «CaMKII».
Активированная «CaMKII» напоминает двусторонних насекомых. Каждый домен
киназы может фосфорилировать субстрата и таким образом кодирует один бит
синаптической информации. Упорядоченные массивы битов называются
байтами и содержат 6 доменов киназы, расположенных на одной стороне
каждого «CaMKII», в результате чего они могут фосфорилировать и
кодировать установленные кальцием синаптические входы, в виде 6-битных
байтов.
Используя молекулярное моделирование, Крэддок и др. показывают
идеальную пару среди пространственных измерений, геометрии и
электростатического связывания «CaMKII» с шестиугольными решетками
белков тубулина в микротрубочках. Они показывают, как домены киназы и
«CaMKII» могут коллективно связываться и фосфорилировать 6-битовые
байты, приводящие к шестиугольным моделям на основе фосфорилированных
образцов тубулина в микротрубочках. Крэддок и др. вычислили огромный
потенциал информации при низких затратах энергии, демонстрируя связанные
с микротрубочками белки и показывая, как модели фосфорилированного
тубулина в микротрубочках могут управлять функциями нейронов, вызывая
аксональные взрывы, регулируя синапсы и пересекая масштабы.
Микротрубочки и «CaMKII» встречающиеся в эукариотической биологии,
чрезвычайно богаты нейронами головного мозга и способны к подключению
мембраны и цитоскелета для обработки информации. Декодирующие и
стимулирующие микротрубочки могут позволить терапевтическое
вмешательство в целом ряде патологических процессов, например болезнь
Альцгеймера. Данная болезнь сопровождается разрушением микротрубочек и
травмы головного мозга, при которых деятельность микротрубочек может
удалить нейроны и синапсы.
Хэмерофф, старший автор исследования, говорит: «Многие заключения
неврологических документов утверждают, что их выводы могут помочь
понять, как работает головной мозг и помогут вылечить болезнь
Альцгеймера, травмы головного мозга и различные неврологические и
психические расстройства. Данное же исследование действительно может
помочь в этом направлении. Мы можем взглянуть на мозговой
биомолекулярный код предназначенный для памяти».
|