Біологи проаналізували геномні зміни в клітинах, які активні під час формування спогадів у мозку мишей. Виявилося, що коли миші отримують новий досвід, тривимірна організація ДНК їх клітин змінюється і гени стають доступнішими для прочитання, однак це не посилює їх роботу. Тільки при повторній активації нейронів (згадуванні інформації) відбувається посилення роботи генів через утворення нових взаємодій з регуляторними послідовностями. Дослідження опубліковано в журналі.
При отриманні нового досвіду в мозку виникають нейронні ланцюжки - енграми, які включають енграмні нейрони гіпокампу та інші структури мозку. Саме енграми відповідають за формування спогадів: в процесі переходу пам'яті з епізодичної в довготривалий зв'язок нейронів в енграмі стають сильнішими. Вважається, що це пов'язано зі зміною роботи генів у клітинах енграм, однак процеси, що лежать в основі посилення зв'язків, досі були вивчені погано.
Робота генів і кількість їх прочитань залежать від тривимірної організації молекул ДНК в ядрі. Так відбувається через невеликі послідовності ДНК - енхансерів, взаємодія з якими допомагає ферментам сідати на потрібний ген і активувати його роботу. Тому фізична відстань до енхансерів відіграє ключову роль у роботі генів.
Біологи з Массачусетського технологічного інституту під керівництвом Асафа Марко (Asaf Marco) вирішили дослідити зміни в тривимірній організації геному в процесі формування і закріплення спогадів. Для цього дослідники створили трансгенних мишей, нейрони яких при активації синтезували жовтий флуоресцентний білок.
На тварин провели класичний експеримент формування реакцій на страхітливий стимул: мишей поміщали в клітини, на підлогу яких подавали розряди струму, що вражають лапки мишей. Одночасно з цим вчені подавали звуковий сигнал. Після цього у деяких мишей збирали зразки тканин мозку і визначали клітини, що світяться (тобто активні при формуванні енграми). Через п'ять днів мишам нагадували про стимуляцію, включаючи той же звуковий сигнал: вони лякалися нового удару і завмирали. Завмирання свідчить про повторну активацію енграми, яка утворилася після удару струмом.
Після цього дослідники зібрали у мишей близько 10 тисяч клітин для аналізу тривимірної організації їхнього геному і роботу генів. Для цього вони створили карту геномних контактів, на якій зазначили, які ділянки ДНК контактують одна з одною частіше. Також дослідники перевірили, наскільки ДНК доступна для ферментів на основі даних про білки, на які вона «намотана», і зафіксували кількість прочитань (активність) генів. Виявилося, всередині популяцій клітин на всіх стадіях формування спогади гени контактували з енхансерами частіше (p < 0,0001).
Однак активність генів при зміні структури ДНК залишилася колишньою під час отримання нового досвіду і формування спогадів. Тільки при повторній активації нейронів енграми (коли миші чули той же звук, що і при ударі струмом) робота генів різко змінювалася (p < 0,0001). З 438 генів, які стали активнішими при згадуванні, більшість належала до класів, які пов'язані з синаптичною пластичністю. Вчені припускають, що цей процес забезпечує закріплення спогаду.
Так нейробіологи показали, що при формуванні спогаду структура геномів енграмних клітин гіпокампа значно змінюється, проте робота генів залишається колишньою. Їх активація відбувається тільки при згадуванні про минулий досвід.
Дослідження пам'яті проводять не тільки на лабораторних тваринах, а й на людях. Нещодавно американські біологи з'ясували, що у літніх людей, які займаються важкою фізичною працею на останній роботі, спостерігаються проблеми із запам'ятовуванням інформації. Крім того, аналіз МРТ-даних вказав і на зменшений розмір гіпокампа тих учасників дослідження, які відчували на роботі сильні фізичні перевантаження.