遗传学揭示记忆形成的秘密

概括： 一项新研究表明，神经元的遗传状态决定了它们在记忆形成中的作用。 具有开放染色质状态的神经元更有可能被招募到记忆通路中，在学习过程中表现出更高的电活动。

研究人员表明，操纵小鼠的这些遗传条件可以增强或损害学习能力。 这一发现将焦点从突触可塑性转移到核过程，为治疗认知障碍提供了潜在的新途径。

关键事实：

1. 具有开放染色质状态的神经元更有可能参与记忆形成。
2. 操纵小鼠神经元的遗传状态可能会增强或损害学习能力。
3. 这项研究将重点从突触可塑性转移到学习中的核过程。

来源： 瑞士洛桑联邦理工学院

当我们形成新的记忆时，大脑会经历物理和功能的变化，统称为“记忆痕迹”。 记忆痕迹代表了记忆形成和随后被记住时发生的神经元活动和结构修改的特定模式。

但大脑如何“决定”哪些神经元参与记忆追踪呢？ 研究表明，神经元固有的兴奋性发挥了作用，但目前公认的学习观点忽略了神经元本身或其细胞核的指挥中心。 细胞核似乎包含一个尚未被探索的另一个维度：表观遗传学。

在有机体的每个细胞内，由 DNA 编码的遗传物质是相同的，但构成身体的不同类型的细胞，如皮肤细胞、肾细胞或神经细胞，各自表达一组不同的基因。 表观遗传学是细胞在不改变 DNA 序列的情况下控制基因活性的机制。

现在，由神经科学家约翰内斯·格拉夫（Johannes Graf）领导的洛桑联邦理工学院（EPFL）的科学家们正在探索表观遗传学是否会影响神经元被选择形成记忆的可能性。

他们对小鼠的研究现已发表在 科学神经元的遗传状态似乎是其在记忆编码中发挥作用的关键。

“我们正在从 DNA 水平揭示记忆形成的第一步，”格拉夫说。

格拉夫和他的团队想知道遗传因素是否会影响神经元的“记忆”功能。 当神经细胞的细胞核内的DNA松散或松散时，神经细胞可能在基因上是开放的。 当 DNA 紧密且紧密时，它们可能会闭合。

研究人员发现，开放细胞更有可能被招募到“记忆痕迹”中，即大脑中稀疏的神经元群，在学习新事物时显示出电活动。 事实上，处于更开放染色质状态的神经元也是表现出更高电活动的细胞。

随后，洛桑瑞士联邦理工学院的科学家们利用病毒传递基因酶，人工刺激神经元打开。 他们发现测试的老鼠学习得更好。 当科学家使用相反的方法来关闭神经元的 DNA 时，小鼠的学习能力就被消除了。

这些发现开辟了理解涉及神经元核的学习的新方法，有一天甚至可能会导致一种改善学习的药物的出现。 正如 Graf 所解释的那样：“他们放弃了流行的神经科学关于学习和记忆的观点，即强调突触可塑性的重要性，并将焦点放回到神经元核内部及其 DNA 上发生的事情。

“这一点尤其重要，因为许多认知障碍，如阿尔茨海默氏病和创伤后应激障碍（PTSD），都以错误的遗传机制为特征。”

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作者： 尼克·帕帕吉奥
来源： 瑞士洛桑联邦理工学院
沟通： Nick Papageorgiou – 洛桑联邦理工学院
图片： 图片取自《神经科学新闻》

原始搜索： 访问已关闭。
”染色质可塑性预先决定神经元形成记忆痕迹的适应性“作者：约翰内斯·格拉夫等人。” 科学

总结

染色质可塑性预先决定神经元形成记忆痕迹的适应性

介绍

在发育过程中，遗传变异产生了具有不同功能的不同类型的细胞。 通过发出持续的指令来激活和失活基因组位点以刺激特定的信号级联，表观遗传机制在谱系定型和细胞分化中发挥着关键作用。 然而，目前尚不清楚染色质可塑性是否在完全分化细胞（例如成体神经元）的动态功能发展中发挥同样重要的作用。

神经元最有趣的特征之一是它们编码信息的能力。 值得注意的是，大脑只为保存的每条新信息部署一部分神经元，这意味着即使在同一类型的发育特定细胞中，并非所有神经元都能够在任何给定时间编码信息。

基本原理

记忆形成对神经​​选择的依赖使我们想知道，在明显同质的细胞身份中，染色质结构是否可能具有足够的异质性，以指导信息编码。 具体而言，增强的染色质可塑性是否可能成为神经元为记忆形成的优先选择做好准备的动力仍有待观察。

结果

通过关注小鼠外侧杏仁核（负责编码联想形式记忆的关键大脑区域），我们发现其中的兴奋性神经元确实表现出异质染色质可塑性，此外，优先招募到学习激活神经元的细胞富含超乙酰化组蛋白，一种大脑中丰富的基因修饰。

为了测试染色质可塑性和信息编码之间的这种联系，我们接下来通过增加或减少这些神经元中的组蛋白乙酰转移酶来操纵组蛋白乙酰化水平。 我们发现，组蛋白乙酰化介导的表观遗传可塑性功能的获得促进了神经元向记忆痕迹的募集，而其功能的丧失则阻碍了记忆分配。

对这种选择背后的分子机制感兴趣，我们接下来进行了多重单核测序，以同时评估转基因神经元中发生的染色质可及性和基因表达变化。

这些发现揭示了与结构和突触可塑性以及神经元兴奋性密切相关的基因组位点染色质可及性或表达的增加，这已被确定为信息编码的重要生理过程。 因此，我们发现染色质可塑性的增加也导致内在神经元兴奋性的增加以及结构和功能突触重塑的增强。

为了使进程真正能够影响内存分配，它还必须支持内存保留。 为此，我们对注射 HAT 蛋白的小鼠进行了巴​​甫洛夫恐惧条件反射（一种联想记忆）的测试，结果发现它们表现出明显更强的恐惧记忆，这种效果可持续长达八天。 值得注意的是，通过光沉默转基因神经元可以阻止恐惧记忆的回忆，这表明染色质可塑性和记忆痕迹形成之间存在独立关系。

最后，通过在单个神经元中结合福斯特共振能量转移（FRET）和钙成像工具，我们发现染色质可塑性和内在神经元兴奋性之间的关系是内源性的、独立于细胞的、实时发生的。

结论

我们的结果表明，神经元招募到记忆通路的资格取决于其学习前的表观遗传状态，因此将染色质可塑性确定为对信息编码重要的新形式的可塑性。 因此，神经元的表观遗传景观可能代表一种自适应模型，能够以动态且持久的方式记录和整合环境信号。