Мыши с расстройством аутистического спектра помнят раннее детство

Инфантильная амнезия — утрата воспоминаний о раннем детстве — возможно, наиболее распространенная форма потери памяти у млекопитающих. Исследуя, как память хранится в мозге на протяжении всего развития, ученые из Тринити-колледжа в Дублине обнаружили, что на инфантильную амнезию влияет иммунная система матери — ее активация в ходе развития плода приводила к тому, что потомство мужского пола не испытывало инфантильной амнезии. Интересно, что эта же активация ассоциирована с расстройствами аутистического спектра (РАС).

В эмбриональном и постнатальном развитии есть периоды, когда мозг особенно чувствителен к воздействиям окружающей среды. Уже известно, что инфантильную амнезию можно предотвратить с помощью постнатальных фармакологических вмешательств, например, введением агонистов γ-аминомасляной кислоты и кортикостероидов или нейротрофинов. Кроме того, на развитие нервной системы плода влияют такие события, как активация иммунной системы матери и последующий выброс цитокинов — они ассоциированы с расстройствами аутистического спектра и шизофренией, однако их влияние на функцию энграмм не охарактеризовано. Авторы публикации в Science Advances изучили, как факторы, воздействующие на организм в ходе развития, обуславливают вариации инфантильной амнезии, и как это связано с функционированием энграммных клеток.

Период, который мыши забывают при взрослении, ограничивается в среднем 25 днями. Особенности развития памяти ученые исследовали на 17-дневных детенышах и взрослых животных в опытах с контекстным обусловливанием страха. Для этого экспериментальную группу мышей обучили реагировать на нейтральный стимул замиранием, которое было вызвано страхом перед аверсивным (неприятным) стимулом. Контрольным мышам аверсивного стимула не давали. Экспериментальная группа взрослых мышей демонстрировала большее замирание, чем контрольная, через один и восемь дней после обучения. У мышат это различие наблюдалось только через сутки после обучения, тогда как через восемь дней их уровень замирания был сравним с контрольным — это указывает на забывание, характерное для инфантильной амнезии.

Затем авторы работы повторили эксперимент на мышах, матери которых сталкивались с активацией иммунитета в ходе беременности. Беременных самок стимулировали поли(I:C) — эта синтетическая нуклеиновая кислота имитирует двуцепочечную вирусную РНК и вызывает иммунный ответ — или вводили им IL-17a. Самцам, рожденным от таких мышей, было свойственно повторяющееся поведение и нарушения социализации — эти поведенческие фенотипы характерны для РАС. Оказалось, что инфантильная амнезия у таких животных была намного менее выражена: через восемь дней после обучения они демонстрировали уровень замирания, характерный для взрослых мышей. Этот эффект наблюдался и через 15 дней после обучения.

Следующим шагом стало исследование энграмм, формирующихся у мышей при контекстном обусловливании. Для этого ученые воспользовались методом направленной рекомбинации в активных популяциях ( TRAP): они экспрессировали тамоксифен-зависимую рекомбиназу Cre в мозге мышей под промотором непосредственно раннего гена Fos. При введении 4-гидрокситамоксифена (4-OHT) таким животным рекомбинация происходила только в активных нейронах, и с ее помощью в эти нейроны вводили трансген ChR2-EYFP, содержащий каналородопсин-2 и желтый флуоресцентный белок. Такой подход позволил авторам работы пометить флуоресцентным белком те клетки, которые участвовали в формировании энграмм при запоминании ассоциированного со страхом стимула. Экспрессию EYPF можно было наблюдать в клетках образовавшейся энграммы через три дня после инъекции 4-OHT.

При воздействии обучающих сигналов в зубчатой извилине и миндалевидном теле молодых (20 дней) мышей возрастало количество EYFP⁺ c-Fos⁺ клеток, чего не происходило у взрослых животных. При этом у самцов мышей с РАС количество клеток энграмм, помеченных EYFP⁺, в зубчатой извилине было выше, чем у контрольных животных того же возраста. Это свидетельствует об изменении ансамбля энграмм, о котором также сообщалось в генетической модели РАС. Кроме того, у таких животных энграммы были больше, а их размер коррелировал с уровнем замирания. Сами клетки энграммы имели большую плотность и размеры дендритных шипиков по сравнению с контролем. Все это заставило авторов предположить, что комбинация большего размера энграммы и повышенная дендритная пластичность усиливала функционирование энграмм у самцов мышей с РАС, на развитие которых повлиял иммунный ответ материнского организма.

Помимо запоминания страха, исследователи проверили и другие виды памяти. Например, они провели опыты с распознаванием новых объектов. Опыты показали, что спустя один день после обучения мыши разных возрастных групп проводят одинаковое количество времени возле нового предмета, помещенного в знакомую обстановку. Через восемь дней после обучения появились различия: взрослые мыши по-прежнему проводили у нового объекта больше времени, чем у знакомых, тогда как мышата одинаково изучали старые и новые объекты, демонстрируя тем самым инфантильную амнезию. Ее по-прежнему не наблюдалось у мышей, на которых смоделировали РАС.

Интересно, что инфантильную амнезию ученые смогли предотвратить прямой стимуляцией клеток энграмм. Для этого они провели опыты на трансгенных мышах, энграммы которых пометили каналородопсином 2 (ChR2), как это было описано выше. При оптогенетической стимуляции память возвращалась к животным, и они снова могли отличить незнакомый объект от предъявленных ранее.

На нокаутных по IL-17a мышах ученые показали, что именно этот интерлейкин влияет на инфантильную амнезию у потомства. Нокаут IL-17a не вызывал симптомы РАС у взрослых животных — ни у самцов, ни у самок — и рожденные от нокаутных самок самцы мышей испытывали инфантильную амнезию точно так же, как и самцы дикого типа.

В проведенной работе ученые связали инфантильную амнезию, функционирование энграмм и иммунную активацию матери при беременности. Результаты свидетельствуют о том, что на клетки энграмм влияет иммунологический статус матери, а именно уровень IL-17a, уровень которого возрастает при воспалительной реакции — он напрямую регулирует пластичность энграмм, изменяя их размеры и плотность дендритных шипиков. Все это обеспечивает их восстанавливаемость, предотвращая у самцов мышей инфантильную амнезию, но также воспалительная реакция в материнском организме вызывает у потомства симптомы расстройств аутистического спектра.




Глиальные клетки поедают синапсы, чтобы улучшить память мышей