На этой неделе в известных журналах из области нейронаук вы узнаете, как можно определить выдающиеся музыкальные способности по генам, выясните, как улучшить память с помощью постоянного тока, поймёте, почему и как оксид азота спасает мозг от воспаления, а также освежите свои воспоминания о том, каким образом можно затормозить развитие болезни Альцгеймера.
Музыкальный талант запрограммирован в геноме
PLOS ONE, 24 February 2016
Человечество давно интересует вопрос: как можно определить, будет ли человек талантлив или нет, только лишь по его геному? Обладание выдающимися творческими способностями, в частности, талантом к музыке, стало объектом исследования генетиков из Финляндии. Результаты экспериментов учёные опубликовали в журнале PLOS ONE. Всего в исследовании биологических основ музыкальной креативности приняли участие 474 человека, которых ранжировали по видам их творческой деятельности. Среди испытуемых были как люди со способностями к аранжировке, композиторству и музыкальной импровизации, так и люди без музыкальных склонностей (использовались в качестве контроля). С помощью ДНК-чипов для определения однонуклеотидных полиморфизмов выполнили обширное генетическое исследование добровольцев.
Анализ подтвердил связь предрасположенности к музыке с наличием полиморфизмов в различных локусах: для аранжировки 16p12.1-q12.1, для композиторства 4q22.1. Гены, связанные с музыкальными способностями, например, ген SNCA, активируются в нейронах головного мозга после прослушивания музыки. Эти гены участвуют в реализации долговременной депрессии в коре мозжечка и необходимы для формирования памяти и обучения. Еще один ген, GSG1L, связанный с аранжировкой, также способен подвергнуть долгой депрессии нейронные цепи мозжечка. Удивительно, что генетическая связь обнаружена и для того случая, когда испытуемые не занимались ни композиторством, ни аранжировкой, но имели музыкальное образование. При этом исследователи обнаруживали полиморфизмы в генах, кодирующих белки кадгерины CDH7 и CDH19 в локусе 18q21 (кадгерины также связаны с долговременной депрессией). Таким образом, музыкальный талант — это «сложный продукт» взаимодействия множества генов и держится с помощью долговременной депрессии — необходимого элемента синаптической пластичности, памяти и обучения.
По результатам исследования учёные сделали вывод о том, что музыкальные способности больше всего связаны с генами, находящимися в 4 хромосоме.
Oikkonen J., Kuusi T., Peltonen P., et al. Creative Activities in Music – A Genome-Wide Linkage Analysis / PLOS ONE, February 24, 2016.
Как постоянный ток поможет улучшить память?
Scientific Reports, 24 February 2016
Метод транскраниальной электростимуляции.
Транскраниальная электростимуляция (ТЭС) — неинвазивный метод лечения неврологических болезней, который воздействует слабым постоянным электрическим током на различные отделы коры головного мозга через электроды, подведенные к коже головы в интересующей области. Известно, что метод ТЭС используется для лечения депрессии и повреждений мозга после инсульта. Несмотря на доказанную способность метода ТЭС селективно (прицельно) активировать некоторые структуры мозга (например, опиоидную систему), молекулярные механизмы действия этой методики до сих пор оставались неизвестными.
Авторы статьи, опубликованной в журнале Scientific Reports, смогли, наконец, объяснить, каким образом ТЭС может лечить повреждения нервной ткани и даже улучшать когнитивные способности. Благодаря серии экспериментов, в которых мышам проводили процедуру ТЭС в течение 20 минут, удалось установить, что в нейронных цепях гиппокампа животных (даже через неделю после воздействия) возникает долговременная потенциация, а также улучшаются память и обучаемость. С помощью методов молекулярной биологии исследователи выяснили, что положительный эффект ТЭС на когнитивные способности животных связан с увеличением экспрессии и синтеза нейротрофического фактора BDNF. В гиппокампе мышей, которых стимулировали с помощью ТЭС, учёные также обнаруживали повышенный уровень фосфорилирования транскрибционного фактора CREB, который связывался с промотором в гене BDNF и усиливал его экспрессию. При этом, когда исследователи ингибировали экспрессию гена BDNF или блокировали рецепторы к этому нейротрофину, то эффекты ТЭС у мышей пропадали.
Таким образом, авторы работы сделали вывод о том, что транскраниальная электростимуляция приводит к молекулярным перестройкам в нервных клетках на уровне хроматина, в результате чего увеличивается экспрессия и синтез нейротрофина BDNF. Это способствует развитию нейропластичности и феномена долговременной потенциации, тем самым увеличивая когнитивные способности подопытных животных.
Podda M.V., Cocco S., Mastrodonato A., et al. Anodal transcranial direct current stimulation boosts synaptic plasticity and memory in mice via epigenetic regulation of Bdnf expression / Scientific Reports, February 24, 2016.
NO защитит от нейровоспаления
PLOS Pathogens, 25 February, 2016
Трипаносомоз или сонная болезнь — это паразитарное заболевание, которое распространено в странах Африки и вызывается простейшим организмом рода Trypanosoma. На первой стадии болезни паразиты размножаются в крови, а затем проникают через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) в головной мозг, вызывая у больного сонливость, заторможенность и другие изменения поведения. Трипаносомоз — «прекрасный пример» для изучения нейровоспаления и нейроинфекций. Учёные из Швеции внимательно исследовали роль оксида азота II (NO) в патогенезе заболевания и опубликовали полученные результаты в журнале PLOS Pathogens.
Считается, что NO служит провоспалительным сигналом для иммунных клеток и стимулирует развитие воспаления. Исследователи экспериментально инфицировали мышей дикого типа и мышей с дефицитом фермента, синтезирующего оксид азота (индуцибельной NO-синтазы). Каково же было их удивление, когда они, ожидая, что у мышей недостатком NO будет менее интенсивно развиваться нейровоспаление и болезнь будет протекать легче, обнаружили совершенно противоположный эффект! Выяснилось, что все дело заключается в проницаемости ГЭБ для паразита. У мышей с дефицитом фермента, а, следовательно, и NO, проницаемость ГЭБ оказалась намного выше, чем у обычных животных, что приводило к накоплению в нервной ткани большого количества паразитов и активированных иммунных клеток хозяина.
Удалось также установить и механизм действия NO. У мышей дикого типа проникновение паразитов в организм стимулировало выработку NO, который, в свою очередь, инактивировал провоспалительные сигнальные молекулы и пути, такие как NF-κΒp65 и TNF (фактор некроза опухоли). У мышей с дефицитом NO-синтазы молекулы TNF оставались активными и, действуя через матриксную металлопротеиназу- 9 (ММП-9), повышали проницаемость ГЭБ для паразитов и Т-лимфоцитов. В результате учёные сделали вывод о том, что в случае нейроинфекции трипаносомами NO обладает важными защитными и противовоспалительными функциями, препятствуя попаданию паразитов в головной мозг.
Olivera G.C., Ren X., Vodnala S.K., et al. Nitric Oxide Protects against Infection-Induced Neuroinflammation by Preserving the Stability of the Blood-Brain Barrier / PLOS Pathogens, February 25, 2016.
Убрал воспаление – затормозил Альцгеймера!
Brain, 26 February, 2016
Нейровоспаление
Патогенез болезни Альцгеймера сложен и включает в себя множество элементов. Помимо формирования амилоидных бляшек и тау-патологии важное значение в развитии этого заболевания играет нейровоспаление.
Воспаление при болезни Альцгеймера характеризуется присутствием реактивных астроцитов и активированной микроглии, которая продуцирует провоспалительные цитокины. Исследователям из университета Калифорнии (США) удалось побороть симптомы Альцгеймера за счет устранения нейровоспаления. Результаты экспериментов опубликованы в журнале Brain.
Для того, чтобы разорвать порочный круг «образование амилоидных бляшек — воспаление — гибель нейронов», учёные тестировали на мышах с модельной болезнью Альцгеймера препарат пексидартиниб (PLX3397) — ингибитор рецепторных тирозинкиназ. Препарат работает, селективно, блокируя рецепторы к колониестимулирующему фактору-1 (CSF-1) на мембране активированных микроглиальных клеток. Этот фактор необходим в качестве сигнала на выживание и размножение микроглии в ответ на провоспалительные стимулы, одним из которых является образование β-амилоида. После того, как испытуемым мышам в течение месяца вводили препарат PLX3397, количество активированных микроглиальных клеток снизилось на 80%. При этом исчезновение микроглии никак не повлияло на формирование амилоидных бляшек, но привело к устранению нейровоспаления, снизило темп гибели нейронов, а также препятствовало гибели дендритных шипиков. Более того, по результатам поведенческих тестов установлено, что у мышей, принимавших препарат, улучшается контекстуальная память. Таким образом, выяснилось, что элиминация активированной микроглии является ключевым фактором, позволяющим снять нейровоспаление и замедлить темпы дегенерации нейронов при болезни Альцгеймера.
Spangenberg E.E., Lee R.J., Najafi A.R., et al. Eliminating microglia in Alzheimer’s mice prevents neuronal loss without modulating amyloid-β pathology / Brain, February 26, 2016
Александр Богданов