Фоллистатин вовлечен в процессы нейрогенеза и обучения у мышей

Обучение и память обеспечивают адаптивное поведение человека и влияют на качество его жизни. Серьезные патологии, такие как умственная отсталость, сопровождаются нарушением этих процессов. Поиск способов их восстановления — важная научная задача, решить которую позволит понимание биологических механизмов обучения.

В основу работы легла гипотеза о взаимосвязи нейрогенеза (процесса формирования новых нейронов) и обучения, в том числе и на генетическом уровне. Исследователи из Тайваня и США выбрали гены, ассоциированные с нейрогенезом, которые могли бы влиять на обучение. В результате генетического картирования 719 мышей был выявлен ген Fst, кодирующий фоллистатин (FST). Известно, что этот белок нейтрализует действие активина и других представителей суперсемейства TGF-β, подавляет секрецию фолликулостимулирующего гормона (ФСГ) в передней доле гипофиза, а также усиливает рост мышц. Несмотря на широкую экспрессию Fst в обонятельных луковицах и зубчатой извилине гиппокампа — зонах мозга с активным нейрогенезом, роль FST в обучении не установлена.

Чтобы выявить влияние фоллистатина на нейрогенез и обучение, ученые нокаутировали ген Fst в клетках мозга мышей. Наряду с прекращением синтеза FST у таких мышей снизилось число делящихся клеток и незрелых нейронов в зубчатой извилине гиппокампа, то есть уменьшилась интенсивность нейрогенеза по сравнению с контрольной группой. Мыши с нокаутным геном хуже справились с тестами на пространственное обучение и память. Это также сопровождалось негативными изменениями на уровне синапсов — снизилась плотность дендритных шипиков, а также ухудшилась долговременная потенциация (LTP).

Введение в гиппокамп вирусного вектора, экспрессирующего фоллистатин, компенсировало большую часть нарушений у нокаутных грызунов, что подтвердило роль Fst и кодируемого им фоллистатина в процессах нейрогенеза, обучения и синаптической пластичности.

Если Fst оверэкспрессировать у мышей дикого типа, это оказывает благотворный эффект на состояние нейрогенеза, пространственной памяти и LTP спустя год. Авторы предположили, что длительная экспрессия гена способна защитить мышей от угасания когнитивных функций, вызванного старением.

Секвенирование РНК и сравнение экспрессии генов между нокаутными и контрольными мышами позволили установить, что Fst регулирует активность гена Asic4 в соседних клетках. Оверэкспрессия Asic4 в клетках гиппокампа мышей с нокаутным Fst нейтрализовала спад в обучении и памяти, а также восстановила LTP. Следовательно, влияние фоллистатина на поведение животного при обучении, по крайней мере частично, зависит от экспрессии Asic4.

В заключение исследователи предлагают рассматривать фоллистатин как потенциальную мишень для действия фармакологических препаратов, направленных на улучшение обучения и памяти.