Психофизиология человека Кроль В М (стр. 26 из 61)

К числу таковых относятся гены с названиями c-fos и c-jun. Работа этих генов ведет к синтезу специализированных белков. Эти белки вызывают, в свою очередь, экспрессию «поздних» генов, продуктами которых являются белки и гликопротеины, транспортируемые к синапти-ческим мембранам. Активность «ранних» генов в процессах, связанных с делением, развитием и специализацией клеток, клеточных объединений и тканей в процессах онтогенеза (индивидуального развития организма и эмбриона), имеет свои драматические последствия.

Мутации этих генов очень часто приводят к развитию онкозаболеваний. Таким образом, происходят мутационные превращения разных типов генов (в том числе и «ранних» генов) в онкогены. Типичность таких ситуаций для определенного класса генов породила понятие протоонкогена, т. е. нормального гена, активно участвующего в работе клетки, но относительно часто подверженного мутационному перерождению. В частности, «ранние» гены c-fos и c-jun, возможно, ввиду своей важной роли в процессах размножения и специализации клеток относятся к протоонкогенам.

В дальнейшем было показано, что эти же «ранние» гены c-fos и c-jun резко активизируют свою активность через несколько десятков минут после обучения (см. рис. 4.3). Показано это было при использовании специальных молекулярных «зондов», дающих возможность определения даже одиночных генов, «затерянных» в огромном геноме организма. Принцип молекулярного зондирования непосредственно следует из основной доктрины генетической памяти: «ДНК-РНК-белок». Чуть подробнее это может быть описано несколькими положениями. Наследственная информация хранится в генах, расположенных последовательно вдоль молекул ДНК. В результате считывания информации гена синтезируется вначале молекула информационной РНК (иРНК). Затем на основе иРНК, как на матрице (ввиду чего информационную РНК часто называют матричной или мРНК), происходит синтез белковой цепочки.

Более полно процесс хранения и извлечения информации наследственной памяти описан ниже, здесь же хочется сказать только одно — из формулы «ДНК-РНК-белок» следует, что определить структуру гена можно исходя из знания структуры соответствующей РНК или соответствующего белка, с другой стороны, определить структуру белка можно на основе знания структуры соответствующего гена или РНК.

Таким образом, информация о структуре достаточно представительной части специфического белка или его иРНК (и тем более информация о структуре части ДНК соответствующего гена) дает принципиальную возможность синтеза специальных молекулярных «зондов». При помощи этих «зондов» можно определить наличие соответствующего гена в разных тканях организма и степень его активации. Точнее говоря, «зонд» представляет собой часть одной из цепочек «двойной спирали» молекулы ДНК. Причем особенностью каждой цепочки молекулы ДНК является ее способность к объединению только со своей (комплементарной ей) частью второй цепочки ДНК.

В итоге применение метода молекулярных «зондов» привело к гипотезе, что механизмы индивидуального обучения и запоминания осно

ваны на повторной экспрессии (реэкспрессии) тех же генов, которые управляли процессами клеточной дифференциации, развития и специализации в процессе онтогенеза. Принципиально важным здесь является предположение об использовании одних и тех же механизмов для реализации кардинально разных видов памяти — наследственной и индивидуальной (рис. 4.4) (Психофизиология, 2001).

Какой же общий вывод можно сделать о работе молекулярных механизмов индивидуального запоминания? Изложенные данные дают возможность обоснованных предположений о нескольких уровнях запоминания при обучении. В течение первых секунд и минут после акта обучения имеет место кратковременная и сверхкратковременная память, основанные на взаимодействии нейромедиатора и его рецепторов. В частности, на взаимодействии ацетилхолина и мускариновых рецепторов или взаимодействии глутамата с NMDA-рецепторами (см. «Совпадение пре- и постсинаптического возбуждения как общая схема ассоциативного обучения»). Промежуточная память, фиксирующая следы в течение десятков минут и часов, основана на действии протеинкиназ, которые фосфорилируют пресинаптические белки ионных каналов.

Долговременная память, охватывающая интервал порядка от одного до нескольких дней, зависит от экспрессии «ранних» генов. Долговременная память, сохраняемая в течение недель и месяцев, связана с работой «поздних» генов и их продуктов — белков и гликопротеинов. Рост постсинаптических структур — дендритных шипиков — происходит, по данным электронной микроскопии, в течение 12-24 часов после обучения. В итоге имеет место построение сугубо индивидуальной нейронной сети, реализующей личные ассоциации и личный опыт организма.

Стоит отметить, что из самой природы описанных механизмов следует невозможность проведения точных, резких границ между разными формами памяти. Кроме того, из тех же оснований следует принципиальная возможность существования самых разных амнестических воздействий, точками приложения которых являются различные звенья сложных электрохимических и молекулярных механизмов запоминания (рис. 4.5).

Основные черты механизмов генетической памяти: планы и инструкции построения клеточных структур, органов и тканей записаны в кодах молекул ДНК

Рассматриваемые молекулярные механизмы образования следов памяти при привыкании, сенситизации, формировании ассоциаций представляют собой механизмы фиксации индивидуального, не передающегося по наследству опыта. Индивидуальная память может быть кратковременной или долговременной, но она исчезает с исчезновением организма. По наследству, генетически, передается память о построении организма, структуре тканей и органов, многих физических параметров организма, таких, как рост, полнота, пропорции частей тела, черты лица, цвет глаз. Генетически передается даже память о некоторых чертах характера, имеющих физиологическую основу, например, таких, как быстрота реакции, вспыльчивость, склонность к неврозам. Однако молекулярные механизмы индивидуальной памяти принципиально отличаются от генетических.

Тем не менее в настоящее время существует ряд гипотез, предполагающих частичное использование механизмов генетической памяти для целей индивидуального запоминания. Можно сказать, что в основе этих гипотез лежит идея о том, что для хранения индивидуального опыта используются отдельные фракции, другими словами, отдельные типы ДНК. В связи с этим рассмотрим основные черты механизмов генетической памяти, Краткое рассмотрение механизмов генетической памяти представляет интерес также потому, что дает возможность сравнения двух разных типов запоминания, используемых живыми системами.

Струк.ура молекулы ДНК, как известно, в частности, из данных рептгеноструктурного анализа, представляет собой очень длинную чнойную спираль, подобную винтовой лестнице (рис. 4.6). Гены представляют собой отдельные участки этой спирали, причем участки, не обязательно непрерывно следующие друг за другом, в промежутках между генами находятся так называемые интроны — участки ДНК, не несущие информацию о белковом коде. Один ген, таким образом, представляет собой часть двойной спирали молекулы ДНК.

Как устроена двойная спираль или как в самом общем виде устроен ген? Боковые структуры спирали представляют собой остов, реализующий несущую функцию. На самом деле двойная спираль ДНК состоит из двух взаимодополняющих (как говорят, комплементарных) цепей ДНК, каждая из которых содержит остов и половинку ступеньки.

Каждая такая половинка представляет собой нуклеотидное основание (нуклеотид). Две одиночные цепи молекулы ДНК удерживаются вместе водородными связями между парами нуклеотидов. Каждая водородная связь достаточно слаба, но за счет их огромного количества двойная спираль ДНК представляет собой устойчивую структуру. Ступеньки лестницы представляют собой основания, последовательность которых, собственно, и реализует генетический код.

У всех живых организмов существуют всего четыре типа нуклеотидов, которые с точки зрения кодирования можно рассматривать как буквы простого четырехбуквенного алфавита. Эти нуклеотиды представляют собой части ДНК, и их названия — аденин, цитозин, гуанин и тимидин — часто заменяются буквами А, Ц, Г и Т. Нуклеотиды обладают попарным сродством, за счет которого и образуются водородные связи между половинками ступенек. Парными основаниями являются: А и Т, Г и Ц (в английском написании А и Т, G и С) (рис. 4.6). Биохимический анализ ДНК разных видов живых существ показывает, что количество А всегда равно количеству Т и количество G — количеству С.

Такая структура ДНК генов лежит в основе принципа работы молекулярных «зондов», дающих возможность, как упомянуто ранее, выделения очень небольшого количества копий одного гена (в пределе единичных молекул). Точное соответствие каждого «зонда» определенному гену основано на его комплементарное™ последовательности оснований соответствующего гена. Именно на основании комплементар-ности «зонд», представляющий собой искусственно синтезированную цепочку нуклеотидов, вылавливает соответствующую ему парную цепочку молекулы ДНК. Конечно, условием процедуры «зондирования» должно быть разделение «двойных спиралей» набора анализируемых ДНК на отдельные цепочки, что не представляет принципиальных трудностей.