Механизм регуляции активности гена памяти

Белок PKMζ связан с формированием долговременной памяти. Неврологические расстройства, такие как болезнь Альцгеймера, депрессия и старение, коррелируют со снижением уровня этого белка в мозге. Исследователи из Бразилии и США обнаружили механизм, который помогает объяснить эту связь. Результаты опубликованы в журнале Biochimica et Biophysica Acta (BBA)—Gene Regulatory Mechanisms.

Эпигенетический регулятор

Исследователи использовали эпигенетический подход, изучая, как метилирование ДНК регулирует экспрессию гена PKMzeta. В норме белок CREB1 связывается с определённым участком этого гена, запуская производство белка PKMζ. Однако гиперметилирование этого участка ДНК препятствует связыванию CREB1 и значительно снижает уровень белка PKMζ.

«Наш анализ показал, что метилирование ДНК регулирует экспрессию этого гена, который играет роль в нескольких патологиях», — говорит Дебора Шехтман, профессор Института химии Университета Сан-Паулу.

Экспериментальное подтверждение

Используя базы данных, клетки человека (изолированные от пациентов и модифицированные в лаборатории), клетки животных, препараты, влияющие на метилирование ДНК, и технологию редактирования генов CRISPR, учёные подтвердили гипотезу:

  • Изменения в гене PKMzeta препятствовали связыванию CREB1.
  • Производство белка PKMζ действительно снижалось.

Механизм оказался не ограниченным только геном PKMzeta. Анализ показал, что аналогичный процесс гиперметилирования, блокирующий CREB1, может влиять и на другие гены в центральной нервной системе.

Перспективы исследования

Работа открывает несколько направлений для дальнейших исследований:

  1. Поиск других генов, экспрессия которых регулируется через метилирование ДНК и связывание CREB1, и их роль в заболеваниях.
  2. Детальное изучение функций белка PKMζ в ЦНС: как именно он участвует в процессах памяти.
  3. Тестирование механизма в более точных моделях: анализ конкретных регионов мозга и использование животных моделей болезней Альцгеймера и депрессии.
  4. Исследование других состояний, например, хронической боли, где ген PKMzeta может быть задействован из-за участия в синаптическом ремоделировании нейронов.

Прогресс в этих направлениях может в будущем способствовать разработке новых методов лечения, что особенно важно для депрессии и болезни Альцгеймера.