神经科学家发现一个允许记忆形成的分子机制
当大脑形成记忆的新经验,神经元称为印迹细胞编码的细节记忆和后重新激活每当我们回忆。麻省理工学院的一项新研究显示,这一过程是由大规模的细胞的染色质重塑。
这个重构,它允许特定的基因参与存储记忆变得更加活跃,发生在多个阶段在几天。改变染色质的密度和安排,一个高度压缩结构组成的DNA和蛋白质被称为组蛋白,可以控制如何在给定细胞活跃的特定基因。
“这篇论文是第一个真正揭示非常神秘的过程的不同波的基因会被激活,是什么基因表达的表观遗传机制不同的浪,“Li-Huei蔡说,麻省理工学院的主任Picower研究所学习和记忆和该研究的资深作者。
麻省理工学院博士后,Asaf马可是论文的第一作者,在今天自然神经科学。
外遗传性控制
印迹细胞被发现在海马体和大脑的其他部分。许多最近的研究表明,这些细胞形成网络,与特定的记忆,和这些网络被激活内存是回忆道。然而,分子机制的编码和检索这些记忆不容易理解。
神经科学家知道在记忆形成的第一阶段,基因被称为立即早期基因印迹细胞打开,但是这些基因很快恢复正常活动的水平。麻省理工学院的团队想要探索发生在之后的开发过程中协调的长期存储记忆。
“记忆的形成和保存是一个非常微妙的和协调的事件传播在几小时,几天,甚至可能是月我们不知道,”马克说。“在这个过程中,有几个一波又一波的基因表达和蛋白质合成,使神经元之间的连接更强,更快。”
蔡和马可推测,这些电波可以由外遗传性修改,控制化学改变染色质的控制是否可访问的特定基因。从蔡的实验室之前的研究已经表明,当酶使染色质无法太活跃,他们可以干扰形成新记忆的能力。
发生在个人印迹细胞研究外遗传性改变随着时间的推移,研究人员利用转基因小鼠中,他们可以永久地标记在海马体与荧光蛋白印迹细胞记忆形成。这些老鼠收到了轻微的电击,他们学会了联想到笼子里,他们收到了冲击。当这个记忆形式,海马细胞编码记忆开始产生黄色荧光蛋白标记。
永远“然后我们可以跟踪这些神经元,我们可以出来,问发生了什么他们一个小时脚冲击后,五天之后会发生什么,会发生什么当那些神经元激活记忆,”马克说。
在第一阶段,形成一个内存之后,研究人员发现,许多地区的DNA进行染色质的修改。在这些地区,染色质变得宽松,允许DNA变得更容易获得。让研究人员惊讶的是,几乎所有这些地区都是在没有发现基因的DNA。这些区域包含非编码序列叫做增强剂,它与基因相互作用来帮助他们。研究人员还发现,在这个早期阶段,染色质的修改没有任何对基因表达的影响。
研究人员分析了印迹细胞记忆形成后5天。他们发现记忆巩固,或加强,在这五天中,围绕增强剂的染色质的三维结构改变,将增强剂更接近他们的目标基因。这仍然不能打开这些基因,但它质数表达当记忆回忆道。
接下来,研究人员将一些老鼠回到室,他们收到了冲击,重新激活的可怕记忆。印迹细胞与小鼠,研究人员发现,启动增强剂的相互作用常常与他们的目标基因,导致这些基因的表达激增。
打开在记忆的许多基因参与推广蛋白质合成神经元的突触,帮助加强与其他神经元的连接。研究人员还发现,神经元的dendrites-branched收到来自其他neurons-developed更刺的扩展,提供了进一步的证据表明,他们的关系进一步加强。
准备表达
研究首次表明,记忆的形成是由epigenomically启动基因表达增强剂刺激记忆时回忆说,马可说。
“这是第一个工作在分子水平上显示如何准备获得表观基因组的可访问性。首先,你让增强剂更容易,但自己的可访问性是不够的。你需要这些地区身体与之交互基因第二阶段,”他说。“我们现在意识到3 d基因组架构在组织基因表达中起着非常重要的角色。”
研究人员并没有探索这些外遗传性修改会持续多久,但马可说,他相信他们可以保持数周甚至数月。他现在希望研究印迹的染色质细胞影响阿尔茨海默氏症。以前的工作从蔡的实验室已经表明,治疗阿尔茨海默氏症的小鼠模型HDAC抑制剂,药物,帮助重新访问染色质,可以帮助恢复失去的记忆。
进一步探索
