ы и глиомы препятствует ингибирующему действию синтетических опиоидов (избирательно активирующих рецепторы а-типа) на потенциал-зависимые Са-каналы. Действие опиоидов, в свою очередь, воспроизводится с помощью внутриклеточной инъекции G-белков. Есть основания полагать, что ин-гибирующее влияние опиоидов на Са-ток осуществляется посредством не Gj, a G0 — представителя семейства G-белков, относительно высокая концентрация которого характерна для нервной ткани. Так, во-первых, ос-субъединица G0 в большей степени, чем Gj, обусловливает ингибирование активности Са-каналов. Во-вторых, карбахол (негидролизуемый холинэстера-зой аналог ацетилхолина) не ингибирует Са-ток в гибридных клетках нейробластомы и глиомы, несмотря на способность этого соединения ингибировать аденилатциклазу, т.е. действовать через

¦ Приведенные данные свидетельствуют о том, что в нервной ткани, помимо вторичных посредников и стимулируемых ими протеинкиназ, непосредственное участие в модуляции активности ионных каналов мембран принимают G-белки. По аналогии с их ролью в рецептор-зависимой регуляции ферментов-эффекторов G-белки могут быть сопрягающим элементом между клеточными рецепторами и потенциал-зависимыми ионными каналами, обусловливая не только их стимулирование с помощью гормонов, но также ингибирование активности каналов.

Отметим недавно установленное участие G-белков, регулирующих ионные каналы мембран, в процессах долговременной памяти. Так, при выработке условного рефлекса у морских улиток наблюдали фосфорилирование С-киназой G-белка сМг = 20 кД, участвующего в регуляции ионных каналов. При введении этого белка в фоторецепторные клетки улитки происходят характерные для процесса обучения изменения в нейронах, облегчающие проведение нервных импульсов, а именно, снижение К-тока через мембранные каналы. В ответ на изменение концентрации Са2+, которым сопровождается установление связей между сочетаемыми по времени сенсорными стимулами и образованием условного рефлекса, протеинкиназа С перемещается из цитоплазмы клетки к наружной мембране. Находясь в цитоплазме, С-киназа способствует увеличению К-тока, что повышает возбудимость и снижает способность нейрона к "обу-

369

чению". Транслокация С-киназы на внешнюю мембрану обусловливает фосфорилирование сопряженного с К-каналами G-белка и соответствующее снижение К-тока.

Сам G-белок, выполняя перечисленные регуляторные функции, может быть объектом регуляции посредством фосфорилирования. Так, G-белок с Мг = 20 кД фосфорилируется протеинкиназой В II типа, которая локализована в воспринимающих сигналы постсинаптических участках дендритов нейронов. КМ-зависимое фосфорилирование G-белка также способствует уменьшению К-тока при повышении внутриклеточной концентрации Са2+. Синергичное действие протеинкиназ С и В II типа может приводить к более длительному ослаблению К-тока и, соответственно, более значительному повышению "обучаемости" нейронов, чем при активации только одной из этих киназ.

Участие С-киназы и G-белков в долговременном хранении информации обусловлено, по-видимому, способностью этого фермента инициировать длительные изменения клеточного метаболизма. Так, в нейронах морской улитки стимулированное фор-боловыми эфирами перемещение С-киназы из цитоплазмы к мембране сопровождается изменением синтеза ряда белков, в том числе упомянутого выше G-белка (20 кД) — субстрата С-киназы. В свою очередь, количество этого белка в нейронах и степень его фосфорилирования транслоцированной на мембраны С-киназой тесно коррелирует с Са-стимулируемым уменьшением К-тока и сохранностью "усвоенной" нейронами информации. Распределение С-киназы в нейронах кролика через несколько суток после обучения свидетельствует о том, что ассоциативные связи в итоге хранятся в определенных компар-тментах дендритов, а не в области тел нейронов. Таким образом, данные об изменении во время и после обучения компарт-ментализации С-киназы, количества и степени фосфорилирования G-белков с помощью протеинкиназ С и В II типа являются основанием для поиска новых подходов к решению проблем долговременной памяти.

Выводы

1. G-белки сопрягают рецепторы клеток с системами, генерирующими вторичные посредники.

2. К вторичным посредникам относятся: цАМФ, цГМФ, ино-зитолфосфаты, диацилглицерол и ионы кальция.

3. Вторичные посредники активируют протеинкиназы, осуществляющие фосфорилирование определенных белков клет-

370

ки, или воздействуют на метаболизм олигоаденилатов. Нейро-медиаторы, гормоны и сам по себе нервный импульс регулируют фосфорилирование-дефосфорилирование многих регуляторных субстратов в нервной ткани. Огромное разнообразие физиологических эффектов, вызываемых этими агентами, обусловлено специфичностью систем протеинфосфорилирования, контролируемых различными вторичными посредниками.

4. Нервная ткань уникальна в отношении высокого содержания практически всех протеинкиназ, активность которых регулируется цАМФ, цГМФ, Са2+, кальмодулином и фосфоли-пидами.

5. По субстратной специфичности все протеинкиназы и протеинфосфатазы в нервной ткани могут быть разделены на две основные категории. Протеинкиназа G, протеинкиназа В I типа, киназа легких цепей миозина, киназа фосфорилазы и кальцинейрин имеют узкую субстратную специфичность и принимают участие в специализированной нервной регуляции. Напротив, протеинкиназа А, киназа В II типа, С-киназа и ряд проте-инфосфатаз проявляют широкую субстратную специфичность и вовлечены в регуляторные процессы практически всех типов нервных клеток.

6. Определенные протеинкиназы, протеинфосфатазы и их специфические субстраты локализованы не равномерно, а в специальных отделах нервной системы и в том числе мозга.

7. Вещества, активирующие синтез или ингибирующие гидролиз цАМФ, оказывают на нервные клетки антипролифера-тивное действие, связанное с влиянием этого нуклеотида на систему метаболизма 2', 5'-олигоаденилатов.

8. Некоторые G-белки способны непосредственно взаимодействовать с ионными каналами мембран и могут принимать участие в гормональной регуляции активности каналов независимо от циклических нуклеотидов и Са2+.

371

Глава 11 Нейрохимические основы памяти

С.А.Титов

Исследование нейрохимических и молекулярных механизмов нейрологической памяти ведется в последние десятилетия с большой интенсивностью. Однако несмотря на огромный объем экспериментального материала, постоянное совершенствование экспериментальной техники и несомненные успехи, достигнутые самыми различными исследователями, широкий круг вопросов пока остается невыясненным и попытки создания единой стройной теории, исчерпывающе и непротиворечиво объясняющей все аспекты этого сложнейшего явления, сталкиваются с существенными трудностями.

Известно, что почти все или по крайней мере подавляющее большинство видов животных способны так или иначе приспосабливаться к тем обстоятельствам, с которыми им приходится сталкиваться в течение жизни. Реакция организма животного на те же обстоятельства при их повторном проявлении часто оказывается совершенно иной, чем та, которая бывает при первом столкновении с ними. Это происходит благодаря способности живых систем к обучению, т.е. наличию у них такой специфической особенности, как память, существование которой в значительной мере определяет индивидуальность поведения каждого животного и человека, обусловленную его личным опытом.

Одной из форм биологической памяти, относительно более простой, является иммунная пахмять, благодаря которой в организме надолго, часто на всю жизнь, сохраняется "воспоминание" о единожды попавшем в него чужеродном антигене. Другой, более сложной и эволюционно новой формой является память нейрологическая, связанная с функционированием центральной нервной системы и обусловливающая различные формы поведения животного.

При исследовании механизмов нейрологической памяти вполне естественно исходят из того, что в процессе обучения, запоминания, адаптации к какому-либо воздействию и т.д. происходят изменения (молекулярные и/или цитологические) в клетках ЦНС, способные сохраняться в течение какого-то промежутка времени, длительность которого может составлять от долей секунды до всей жизни организма. Несомненно, в процессе обучения и выработки навыков происходят изменения в структуре

372

нейронов и их синаптических окончаний. Но проблема памяти включает не только вопрос, какие изменения происходят в синапсах, но и понимание того, как организована память в системе целого мозга. Где происходит фиксация следа памяти? Существует один или несколько типов памяти? Какие конкретно биохимические и физиологические механизмы ЦНС вовлекаются в процессы памяти и как они функционируют? Несмотря на большую сложность этих проблем, объединенными усилиями широкого круга исследователей в последние годы были получены первые ответы на эти вопросы.

11.1. ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПАМЯТИ

Совокупность изменений в ЦНС, связанных с фиксацией следа памяти, принято называть энграммой, и один из главных вопросов, интересующих исследователей в этой области, заключается в том, чтобы идентифицировать и обнаружить локализацию энграммы в мозге. Как известно, мозг организован таким образом, что основные функции, связанные с восприятием внешнего мира и с двигательными реакциями на внешние воздействия, имеют представительство в определенных, довольно строго локализованных участках его коры. На этом основывалась концепция памяти, созданная в рамках классической теории условных рефлексов, где процессы выработки приобретенных реакций рассматривались как "замыкание" связи между определенными центрами коры головного мозга. При этом повреждение центра, естественно, должно нарушать запоминание, связанное с осуществлением данной функции.

Эта концепция противоречила результатам работ К.Лэшли, из которых следовало, что память широко и равномерно распределена по всем мозговым зонам. Лэшли показал, что при решении крысой лабиринтной проблемы после частичного разрушения коры головного мозга время, требуемое для восстановления выработанной реакции, пропорционально объему р