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當(dāng)我們形成新的記憶時(shí)，大腦會(huì)發(fā)生物理和功能上的變化，這些變化統(tǒng)稱為“記憶痕跡”（memory trace）。記憶痕跡代表了特定活動(dòng)模式和神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)變化，這些變化發(fā)生在記憶的形成過(guò)程中以及后來(lái)的回憶中。

然而，大腦是如何“選擇”特定的神經(jīng)元參與到記憶痕跡中的呢？現(xiàn)有的研究表明神經(jīng)元自身的興奮性在這個(gè)過(guò)程中扮演了重要角色，但傳統(tǒng)上對(duì)學(xué)習(xí)的理解往往忽略了對(duì)神經(jīng)元核心——細(xì)胞核的研究。

在細(xì)胞核中，存在著一個(gè)尚未被充分探索的領(lǐng)域：表觀遺傳學(xué)。盡管每個(gè)細(xì)胞中的DNA編碼的信息相同，但不同類型的細(xì)胞（如皮膚細(xì)胞、腎臟細(xì)胞或神經(jīng)細(xì)胞）各自表達(dá)不同的基因組合。表觀遺傳學(xué)研究的是細(xì)胞如何在不改變DNA序列的前提下調(diào)控基因活性的機(jī)制。

如今，在一項(xiàng)新的研究中，洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院神經(jīng)科學(xué)家Johannes Gr?ff及其團(tuán)隊(duì)探索了表觀遺傳學(xué)是否會(huì)影響神經(jīng)元被選中形成記憶的可能性。他們的小鼠研究結(jié)果表明，神經(jīng)元的表觀遺傳狀態(tài)是它在記憶編碼中發(fā)揮作用的關(guān)鍵。

相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2024年7月26日的Science期刊上，論文標(biāo)題為“Chromatin plasticity predetermines neuronal eligibility for memory trace formation”。

Gr?ff和他的團(tuán)隊(duì)想知道表觀遺傳因素是否會(huì)影響神經(jīng)元的“記憶”功能。當(dāng)神經(jīng)元細(xì)胞核內(nèi)的DNA松散或松弛時(shí)，神經(jīng)元在表觀遺傳學(xué)上是開放的；而當(dāng)DNA緊湊緊密時(shí)，神經(jīng)元在表觀遺傳學(xué)上是閉合的。Gr?ff說(shuō)，“我們從以DNA為中心的層面揭示了記憶形成的最初步驟?！?/p>

染色質(zhì)可塑性有利于信息編碼

圖片來(lái)自Science, 2024, doi:10.1126/science.adg9982

他們發(fā)現(xiàn)，開放的神經(jīng)元更有可能被招募到“記憶痕跡”中。“記憶痕跡”是大腦中神經(jīng)元的稀疏集合，它們?cè)趯W(xué)習(xí)新知識(shí)時(shí)會(huì)顯示出電活動(dòng)。事實(shí)上，處于更開放染色質(zhì)狀態(tài)的神經(jīng)元也表現(xiàn)出更高的電活動(dòng)。

隨后，這些作者利用病毒遞送表觀遺傳酶，從而人為誘導(dǎo)神經(jīng)元的開放性。他們發(fā)現(xiàn)，相應(yīng)的小鼠學(xué)習(xí)效果更好。當(dāng)他們使用相反的方法閉合神經(jīng)元的DNA時(shí)，這些小鼠的學(xué)習(xí)能力就被取消了。這些發(fā)現(xiàn)為理解神經(jīng)元細(xì)胞核編碼的學(xué)習(xí)開辟了新的途徑，甚至有朝一日可能會(huì)開發(fā)出改善學(xué)習(xí)的藥物。

正如Gr?ff解釋的那樣，“這些發(fā)現(xiàn)偏離了神經(jīng)科學(xué)關(guān)于學(xué)習(xí)和記憶的主流觀點(diǎn)，即關(guān)注突觸可塑性的重要性，而是將重點(diǎn)放在神經(jīng)元核內(nèi)發(fā)生的事情上，在它的DNA上。這一點(diǎn)尤為重要，因?yàn)樵S多認(rèn)知障礙（如阿爾茨海默病和創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙）的特征都是表觀遺傳機(jī)制出了問(wèn)題?！?/p>

參考資料：

Giulia Santoni et al. Chromatin plasticity predetermines neuronal eligibility for memory trace formation. Science, 2024, doi:10.1126/science.adg9982.