Фактор клеточной транскрипции CREB ( белок, связывающий элемент ответа цАМФ ) [1] помогает обучению, стабилизации и извлечению долгосрочных воспоминаний , основанных на страхе . Это происходит в основном за счет его экспрессии в гиппокампе и миндалевидном теле . Исследования, подтверждающие роль CREB в познании, включают те, которые выключают ген, снижают его экспрессию или сверхэкспрессируют его.
Исследования показывают, что CREB играет роль в молекулярных этапах, которые стабилизируют память в мозге , включая эмоциональную память . CREB модулирует возбудимость нейронов, то есть склонность генерировать потенциал действия при получении входного сигнала (критически важно для долговременной потенциации , LTP). [2] Доказательства роли CREB в эмоциональной памяти делятся на три экспериментальные категории: негативные манипуляции (где уровни CREB были снижены), позитивные манипуляции (где уровни CREB были повышены) и невмешательства (где эндогенные уровни CREB отслеживались до и после обучения).
Исследования с нокаутом у морских слизней Aplysia показали, что снижение функции CREB блокирует долгосрочные изменения синаптической функции, но не краткосрочные. [3] Изменения синаптической функции (т. е. синаптической пластичности ) необходимы для обучения и памяти. [4] В качестве доказательства этого, линия мышей с целенаправленным нарушением α и δ изоформ CREB показала неповрежденную кратковременную память, но нарушила долговременную память в нескольких поведенческих задачах, включая контекстное обусловливание и пространственное обучение в водном лабиринте Морриса , двух обучающих задачах, зависящих от гиппокампа . Кроме того, электрофизиологические исследования гиппокампа показали, что мутация CREB нарушила стабильность синаптической пластичности. [1] Генетические исследования у плодовых мушек Drosophila также раскрыли роль CREB в памяти, предполагая, что CREB играет роль в памяти, сохраняющуюся эволюционно. [5]
Существует несколько методов подавления (снижения экспрессии) CREB:
Антисмысловые олигонуклеотиды (отдельные нити ДНК или РНК, комплементарные выбранной последовательности) против мРНК CREB гиппокампа могут снизить уровень CREB в течение 6 часов после инфузии и ухудшить пространственную память. Тесты, проведенные сразу после обучения, показали, что антисмысловые олигонуклеотиды против CREB не нарушают кратковременную память. [6]
Другая стратегия вмешательства в функцию CREB — использование доминантно-негативной трансгенной стратегии. В этой стратегии фрагмент гена CREB был экспрессирован из трансгена у мышей. [7] Полученный трансгенный белок был сконструирован для вмешательства в нормальную функцию CREB путем конкуренции с диким типом (немутировавшим) CREB за сайты связывания в ДНК ; у трансгенного белка отсутствуют домены, необходимые для создания функциональных комплексов. Чтобы регулировать, когда доминантно-негативный фрагмент CREB вмешивается в нормальную функцию CREB, мутантная ДНК использовалась для создания слитого белка , который также включал мутировавший лиганд-связывающий домен (LBD) рецептора эстрогена , связывающийся с тамоксифеном , а не с эстрогеном . При воздействии тамоксифена доминантно-негативный фрагмент изменял конформацию слитого белка, становился активным и, следовательно, мог мешать сайтам связывания CREB. Одним из преимуществ этой индуцируемой трансгенной системы является то, что измененный белок присутствует постоянно и, следовательно, может быть быстро активирован после введения тамоксифена.
Использование системы LBD для подавления функции белка CREB во время обучения (с использованием как контекстуального замирания, так и парадигм страха тона) вызвало дефицит в долгосрочной, но не краткосрочной памяти. Нарушение функции CREB не нарушило извлечение консолидированной памяти.
Малые интерферирующие РНК (siRNA) могут вызывать селективную деградацию мРНК интересующего белка. Инфузия сегментов siRNA против CREB привела к дефицитам как в контекстуальном обусловливании, так и в прямом следовом обусловливании . [8]
Линия мышей-репортеров lacZ (мыши, у которых ген E. coli присоединен к их гену CREB для получения белка, который легко визуализируется), при обучении с использованием контекстного протокола, показала более высокий уровень транскрипции, опосредованной CREB, в областях CA1 и CA3 гиппокампа по сравнению с необученными мышами или мышами, которые не связывали содержание с ударом (при условно-рефлекторном страхе) из-за латентного торможения . Аналогичным образом, мыши lacZ, обученные с использованием звукового протокола, показали более высокий уровень транскрипции генов, зависящих от CREB, в миндалевидном теле, чем мыши без обучения или мыши в непарной группе. Не было никакой разницы в экспрессии генов, зависящих от CREB, в гиппокампе животных, обученных с использованием звукового протокола. [9]
Когда вирус простого герпеса, экспрессирующий CREB, был введен в миндалевидное тело мышей с нокаутированным CREB, экспрессия CREB в миндалевидном теле восполнила дефицит, что указывает на то, что CREB в миндалевидном теле имеет решающее значение для памяти при тональном обусловливании. [10]
Роль сверхэкспрессии CREB не была систематически изучена в условно-рефлекторном страхе, а исследования других парадигм обусловливания дали неоднозначные результаты. Исследование 2001 года, в котором использовалась вирусная трансфекция для сверхэкспрессии CREB в базолатеральной миндалине крыс, обнаружило, что сверхэкспрессия увеличивала реакцию испуга, вызванную страхом . Это говорит о том, что уровни CREB являются ограниченными во время приобретения испуга, вызванного страхом [ необходимо разъяснение ] , и что эти уровни связаны с силой этой формы памяти. [11]
В более поздней статье (2009 г.) с использованием аналогичного вирусного подхода в гиппокампе было обнаружено, что дополнительная экспрессия CREB также может усиливать контекстуальное условно-рефлекторное страха, что соответствует роли гиппокампа в этой форме обусловливания. [12] В то время как вирусный CREB устранял дефицит обусловливания у животных с нокаутированным CREB, дополнительный CREB, по-видимому, не улучшал память у контрольных животных дикого типа.
Хроническое усиление CREB с использованием генетических манипуляций у мышей, по-видимому, не улучшило память в задаче водного лабиринта. Другое исследование 2009 года, в котором CREB был сверхэкспрессирован с использованием тетрациклиновой трансгенной системы dox , обнаружило, что, хотя дополнительный CREB не улучшал приобретение, он мешал извлечению памяти, предполагая, что может существовать оптимальный уровень активации CREB для нормальной функции памяти. [13] Другие статьи [14] [15] [16] предполагают, что CREB помогает контролировать внутреннюю возбудимость , предоставляя дополнительный механизм, с помощью которого CREB может способствовать приобретению и выражению памяти. Усиленная CREB-зависимая экспрессия генов повышает возбудимость нейронов в базальной миндалине и запускает консолидацию контекстной и сигнальной памяти страха.