Новое исследование, опубликованное в Nature Communications, раскрывает удивительные способности, которые ранее считались привилегией клеток мозга. Ученые из Центра нейронных исследований Нью-Йоркского университета продемонстрировали, что клетки почечной и нервной ткани способны хранить информацию о прошлых воздействиях, используя механизмы, аналогичные тем, что задействованы в механизмах памяти.
Клеточная память, описанная в работе, базируется на принципе «распределенного обучения». Это явление известно в нейробиологии как оптимальный способ запоминания информации, при котором стимулы разделяются по времени, а не подаются одномоментно.
Исследователи выявили, что клетки почек и нервной ткани, подвергнутые воздействию химических сигналов с заданным временным интервалом, активировали ген CREB, который участвует в формировании долговременной памяти. Эта активация сопровождалась выработкой специфических белков, позволяющих клеткам адаптироваться к новым условиям.
Ученые провели лабораторные эксперименты на клетках, изолированных из нервной и почечной ткани. Клетки подвергались последовательным химическим сигналам, имитирующим нейротрансмиттерные импульсы. Результаты показали:
- Активность гена CREB и сигнального пути ERK возрастала при интервале между сигналами, что формировало более устойчивую память.
- Сигналы, поданные одномоментно или в слишком коротком интервале, вызывали менее выраженный эффект.
- Аналогичные механизмы задействованы в работе нейронов, что указывает на сходство процессов запоминания в мозге и периферических тканях.
Одним из наиболее изученных примеров является реакция панкреатических клеток на повышенную глюкозу. При первом воздействии сахара клетки выделяют порцию инсулина, однако при повторном воздействии спустя 20 минут клетки вырабатывают более мощный выброс гормона, что позволяет организму лучше адаптироваться к изменению уровня глюкозы.
Отдельное исследование, опубликованное учеными из ETH Zurich в Nature, показало, что жировые клетки также обладают «памятью», которая влияет на их метаболизм. Ученые обнаружили, что эпигенетические изменения в ядре жировых клеток, возникающие при ожирении, сохраняются даже после значительной потери веса.
Эти эпигенетические изменения включают модификации ДНК и белков, регулирующих активность генов. Исследование на мышах показало, что такие изменения делают жировые клетки более склонными к быстрому восстановлению массы при возвращении к высококалорийной диете.
Понимание клеточной памяти открывает новые возможности для лечения заболеваний. Например:
- Профилактика диабета и ожирения. Разработка методов для подавления эпигенетической памяти жировых клеток может снизить риск возврата к ожирению после похудения.
- Регенеративная медицина. Управление клеточной памятью может улучшить результаты восстановления тканей при повреждениях.
- Терапия заболеваний почек и печени. Регуляция памяти клеток может помочь адаптировать органы к изменяющимся условиям, таким как нарушения водно-солевого баланса.
Исследование клеточной памяти поднимает фундаментальные вопросы о взаимодействии клеток организма с внешней средой и о том, как эти взаимодействия формируют состояние здоровья. Если память действительно присутствует в большинстве типов клеток, это дает возможность переосмыслить подходы к лечению хронических и метаболических заболеваний, учитывая не только функции органов, но и их способность «запоминать» предыдущие воздействия.
Читать подробнее: Kukushkin, N.V., Carney, R.E., Tabassum, T. et al. The massed-spaced learning effect in non-neural human cells. Nat Commun 15, 9635 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-53922-x
