Для впервые исследователи определили, как жирные кислоты мозга и гены, которые контролируют их, имеют решающее значение для формирования памяти. Это открытие не только расширяет наше понимание того, как формируются воспоминания, но и открывает двери для новых методов лечения заболеваний, влияющих на память, таких как болезнь Альцгеймера.
Человеческий мозг сильно обогащен жирными соединениями, называемыми липидами, которые составляют около 60% его веса. Тип липидов головного мозга, фосфолипиды, и их строительные блоки из свободных жирных кислот (СЖК) составляют мембраны нейронов, которые играют решающую роль в обучении и памяти. Однако механизмы, с помощью которых активность нейронов влияет на липидный ландшафт мозга и последующее формирование памяти, плохо изучены.
Теперь новое исследование, проведенное исследователями из Университета Квинсленда (UQ) в сотрудничестве с университетами из Нового Южного Уэльса, Страсбурга и Бордо, Исследовательский институт Скриппса и Медицинский колледж Бэйлора пролили свет на молекулярные механизмы и гены, лежащие в основе создания воспоминаний.
«Ранее мы показали, что уровень насыщенных жирных кислот в мозге увеличивается во время нейронной связи, но мы не знали, что вызывает эти изменения», — сказал Исаак Акефе, ведущий автор исследования. «Теперь мы впервые выявили изменения в составе жирных кислот мозга, когда нейроны кодируют воспоминания».
Во время неврологических процессов фермент фосфолипаза А1 (PLA1) гидролизует фосфолипиды с образованием насыщенных СЖК, изменяя местную среду мозга. Исследования показали, что фосфолипиды, такие как PLA1, и их метаболиты FFA связываются с ключевыми белками, такими как синтаксин-1A (STX1A) и Munc18-1 (STXBP1), регулируя синаптические пузырьки, которые высвобождают нейротрансмиттеры и необходимы для распространения нервных импульсов между нейронами. Важность PLA1 для функции нейронов подтверждается наследственной спастической параплегией (HSP), при которой мутация в гене DDHD2, кодирующем PLA1, связана с когнитивной дисфункцией.
Чтобы изучить роль DDHD2 в формировании памяти, исследователи использовали модель HSP на мышах с нокаутом DDHD2 и отслеживали нейромоторное и когнитивное снижение животных на протяжении всей их жизни. Они оценили изменения в 19 СЖК в пяти областях мозга в ответ на процедуру, проверяющую ассоциативную память, основанную на вознаграждении. В то время как процедура тестирования вызвала специфичные для региона изменения в липидном ландшафте мозга у контрольных мышей, характеризующиеся увеличением насыщенных СЖК, мыши с нокаутом DDHD2 продемонстрировали значительное снижение реакции насыщенных СЖК даже до того, как произошло ухудшение памяти.
«Человеческие мутации в генах PLA1 и STXBP1 снижают уровень свободных жирных кислот и способствуют неврологическим расстройствам», — сказал Фредерик Менье, один из авторов исследования. «Чтобы определить важность свободных жирных кислот в формировании памяти, мы использовали мышиные модели, в которых ген PLA1 удален. Мы отслеживали начало и прогрессирование неврологических и когнитивных нарушений на протяжении всей их жизни. Мы увидели, что даже до того, как их память ухудшилась, уровень насыщенных свободных жирных кислот у них был значительно ниже, чем у контрольных мышей. Это указывает на то, что этот фермент PLA1 и жирные кислоты, которые он высвобождает, играют ключевую роль в приобретении памяти».
Результаты имеют важное значение для понимания того, как формируются воспоминания, и разработки методов лечения заболеваний, влияющих на память.
«Наши результаты показывают, что управление этим путем приобретения памяти имеет потрясающий потенциал для лечения нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера», — сказал Менье.
Исследование было опубликовано в Журнал EMBO.
