Физические упражнения улучшают память и обучаемость, активируя белок mTOR⁠⁠

Распространение нервного импульса по аксону нервной клетки

Известно, что физические упражнения оказывают благотворное влияние на память и способность к обучению, в том числе сложным двигательным навыкам. Несмотря на активное проведение исследований в этой области, все молекулярные механизмы влияния физической активности на когнитивные функции пока не выяснены. Сейчас ученые из Китая обнаружили еще один из таких механизмов

Известно, что физические упражнения усиливают экспрессию гена, кодирующего нейротрофический фактор мозга (BDNF). Этот белок стимулирует и контролирует развитие нейронов, а также способен активировать mTOR-киназу, белок, известный как «мишень рапамицина».

Фермент mTOR участвует во множестве клеточных процессов, включая дифференцировку клеток, апоптоз и аутофагию, старение, а подавление активности mTOR рапамицином продлевает жизнь многих организмов. С другой стороны, активация mTOR-киназы способствует процессам синаптической передачи и миелинизации аксонов нервных клеток и усиливает дендритную пластичность, – изменение количества дендритных шипиков, мембранных выростов на отростках-дендритах нейрона. Эти процессы являются ключевыми для формирования памяти и обучения, в том числе, моторной памяти. Исследователи предположили, что сигнальный путь mTOR-киназы играет роль посредника между выполнением физических упражнений и активацией когнитивных функций мозга, тем более, что он еще и активируется в ответ на физическую нагрузку в скелетных мышцах.

Ученые провели эксперименты на лабораторных мышах, которых заставляли бегать по беговой дорожке. В ходе тренировок у животных усиливалось образование дендритных шипиков и постсинаптическая возбудимость, утолщалась миелиновая оболочка аксонов. А эксперименты с ингибированием mTOR-киназы рапамицином показали, что у мышей-бегунов, которые получали рапамицин, активирующего действия упражнений не было. Из этого ученые сделали вывод о том, что активация сигнального пути mTOR-киназы в моторной коре головного мозга важна для обучения двигательным навыкам (у человека это было бы улучшение плавности и точности движений, необходимых для занятий, к примеру, танцами и музыкой).

Исследования процессов энергетического обмена показали, что активация сигнального пути mTOR помогает удовлетворить повышенную при физических нагрузках потребность в энергии, но ингибирование mTOR-киназы рапамицином приводит к недостаточному снабжению энергией тканей головного мозга, что неблагоприятно сказывается на жизнедеятельности нервных клеток. При этом, у мышей, которые получали рапамицин, но не бегали, клетки мозга функционировали нормально. То есть, активация mTOR необходима для усиления дендритной пластичности при физических нагрузках, но функционировать на базовом уровне ее ингибирование не мешает. Однако этот факт заставляет задуматься, так ли хороша мысль о продлении жизни с помощью ингибирования mTOR, по крайней мере, для любителей активного образа жизни.

Фото: https://vimeo.com