Відкрито молекулярний “клей” пам’яті: як мозок зберігає спогади на десятиліття

Чому ми пам’ятаємо дитячі образи, але забуваємо, що їли вчора? Відповідь — у невидимих зв’язках двох білків, які тримають наші спогади разом, навіть коли все інше змінюється.

Уявіть, що кожна ваша пам’ять — це не просто слід у мозку, а фізичний місток, який постійно оновлюється, але ніколи не руйнується. Як мозок утримує спогади десятиліттями, якщо його молекули живуть лише дні чи тижні? Відповідь на цю загадку, яка понад 40 років бентежила нейробіологів, нарешті знайдено. Дослідники вперше показали: секрет довготривалої пам’яті — у “молекулярному клеї”, що з’єднує два білки на рівні синапсів. Ця знахідка не лише змінює уявлення про механізми пам’яті, а й відкриває шлях до лікування амнезії, деменції та інших когнітивних розладів (WIRED, NYU, Scientific American).

Молекулярна загадка пам’яті: чому спогади не зникають разом із білками?

Ще у 1980-х Нобелівський лауреат Френсіс Крік сформулював парадокс: якщо всі білки в мозку швидко руйнуються й замінюються, чому деякі спогади живуть десятиліттями? Адже класичні моделі пам’яті передбачали, що інформація зберігається у вигляді міцних синаптичних зв’язків між нейронами, але ці зв’язки фізично підтримують білки, які постійно оновлюються (WIRED, Scientific American).

Відповідь на це питання шукали десятиліттями: чи існує механізм, який дозволяє “підтримувати” пам’ять, навіть коли її фізичні носії змінюються? Саме цю загадку вдалося розгадати міжнародній команді нейробіологів у 2024 році.

“Клей” для пам’яті: відкриття ролі білків KIBRA і PKMζ

Ключова роль у збереженні пам’яті належить двом молекулам: ферменту PKMζ (протеїнкіназа M-зета) і білку KIBRA. PKMζ відомий як критичний для посилення синапсів — саме він “записує” спогади у нейронних мережах. Але PKMζ швидко руйнується, його молекули живуть лише кілька днів. Як же пам’ять не зникає разом із ними?

Виявилося, що KIBRA — білок, пов’язаний із хорошою пам’яттю у людей, — виступає “молекулярним клеєм”, який фіксує PKMζ на потрібних синапсах. Коли одна з молекул руйнується, інша залишається на місці, і нові білки “підхоплюють” цей зв’язок. Так формується стабільний комплекс, що підтримує пам’ять навіть при повній заміні білків (WIRED, NYU, Scientific American, Live Science).

Як працює механізм: синаптичний “тег” і перезапис пам’яті

Під час навчання чи сильного емоційного досвіду у синапсах активуються PKMζ і KIBRA. Вони утворюють комплекс, який діє як “тег” — мітку, що позначає саме ті синапси, які відповідають за нову пам’ять. Якщо цей зв’язок розірвати (наприклад, спеціальним препаратом), навіть давні спогади повністю зникають — але мозок залишається здатним формувати нові (WIRED, NYU, MedicalXpress).

Цей механізм пояснює, чому навіть при випадковому збільшенні PKMζ у мозку “підсилюються” лише ті спогади, які вже були закріплені — адже KIBRA “відмічає” тільки сильні синапси, а слабкі залишаються без змін (EurekAlert).

Докази з лабораторії: як перевіряли “клей” пам’яті

У дослідах на мишах учені використовували методи, які дозволяли “підсвічувати” взаємодію KIBRA і PKMζ у реальному часі. Після електричної стимуляції гіпокампу (зони мозку, відповідальної за пам’ять) з’являлися стійкі комплекси цих білків. Якщо їх руйнували одразу після навчання — тварини забували нову задачу. Якщо ж комплекс руйнували через місяць, стиралася навіть давня пам’ять, але миші могли знову навчатися (WIRED, NYU).

Це доводить: саме “постійна асоціація” KIBRA і PKMζ, а не окремі білки, є фізичним субстратом довготривалої пам’яті.

Чому відкриття важливе для медицини?

Втрата пам’яті — одна з найстрашніших проблем сучасної неврології. Деменція, хвороба Альцгеймера, амнезія — всі ці стани пов’язані з руйнуванням синаптичних зв’язків. Розуміння ролі KIBRA і PKMζ відкриває шлях до нових підходів у лікуванні: якщо вдасться “відновити” або посилити цей молекулярний зв’язок, можна буде зупинити або навіть повернути втрату пам’яті (Live Science, Heidelberg University).

Вже зараз дослідники тестують препарати, що впливають на стабільність KIBRA або запобігають руйнуванню PKMζ, а також генетичні підходи для підвищення рівня “молекулярного клею” у мозку людей із когнітивними розладами (Frontiers in Molecular Neuroscience).

Генетика пам’яті: чому у когось краще запам’ятовування?

Генетичні варіанти KIBRA у людини пов’язані з різницею у здатності до запам’ятовування. Дослідження показали: люди з певними алелями KIBRA мають кращу епізодичну пам’ять, а зниження рівня цього білка — супроводжується зниженням PKMζ і погіршенням пам’яті. Це відкриває перспективи для персоналізованої медицини, коли за генетичними тестами можна буде прогнозувати ризик когнітивних порушень (Frontiers in Molecular Neuroscience, PubMed Central).

Інші молекулярні механізми: не лише “клей”, а й “перемикачі”

Окрім KIBRA і PKMζ, на довготривалу пам’ять впливають ще кілька молекулярних механізмів. Наприклад, фермент Dnmt3a2, який додає метильні мітки до ДНК у гіпокампі, визначає, чи стане спогад короткочасним чи довготривалим (Heidelberg University). Також важливу роль відіграють білки-шаперони, що забезпечують правильне згортання білків у нейронах (SciTechDaily).

Баланс між синтезом і руйнуванням білків, а також “відкриття” ДНК для експресії генів — усе це частини складної системи, яка забезпечує збереження пам’яті на десятиліття (Frontiers in Molecular Neuroscience).

Чи можна “стерти” або “посилити” спогади?

Експерименти на тваринах показали: якщо розірвати зв’язок KIBRA–PKMζ, навіть застарілі спогади повністю зникають. Це відкриває перспективи для лікування посттравматичних стресових розладів, коли “травматичну” пам’ять можна буде вибірково стерти. З іншого боку, підвищення рівня PKMζ у “позначених” KIBRA синапсах може посилити слабкі або згасаючі спогади — потенційно це шлях до терапії вікової амнезії (WIRED, NYU).

Висновки: нова ера у науці про пам’ять

Відкриття “молекулярного клею” KIBRA–PKMζ — це не просто відповідь на стару загадку, а новий фундамент для розуміння роботи мозку. Ми вперше бачимо, як фізичний зв’язок між білками може забезпечувати стабільність пам’яті, навіть коли її “будівельний матеріал” постійно оновлюється. Це відкриває шлях до нових технологій лікування втрати пам’яті, персоналізованої діагностики та навіть управління спогадами у майбутньому.