Science：新研究揭示表观遗传学如何影响哺乳动物记忆形成

当我们形成新的记忆时，大脑会发生物理和功能上的变化，这些变化统称为“记忆痕迹”（memory trace）。记忆痕迹代表了特定活动模式和神经元的结构变化，这些变化发生在记忆的形成过程中以及后来的回忆中。

然而，大脑是如何“选择”特定的神经元参与到记忆痕迹中的呢？现有的研究表明神经元自身的兴奋性在这个过程中扮演了重要角色，但传统上对学习的理解往往忽略了对神经元核心——细胞核的研究。

在细胞核中，存在着一个尚未被充分探索的领域：表观遗传学。尽管每个细胞中的DNA编码的信息相同，但不同类型的细胞（如皮肤细胞、肾脏细胞或神经细胞）各自表达不同的基因组合。表观遗传学研究的是细胞如何在不改变DNA序列的前提下调控基因活性的机制。

如今，在一项新的研究中，洛桑联邦理工学院神经科学家Johannes Gräff及其团队探索了表观遗传学是否会影响神经元被选中形成记忆的可能性。他们的小鼠研究结果表明，神经元的表观遗传状态是它在记忆编码中发挥作用的关键。

相关研究结果发表在2024年7月26日的Science期刊上，论文标题为“Chromatin plasticity predetermines neuronal eligibility for memory trace formation”。

Gräff和他的团队想知道表观遗传因素是否会影响神经元的“记忆”功能。当神经元细胞核内的DNA松散或松弛时，神经元在表观遗传学上是开放的；而当DNA紧凑紧密时，神经元在表观遗传学上是闭合的。Gräff说，“我们从以DNA为中心的层面揭示了记忆形成的最初步骤。”

染色质可塑性有利于信息编码

图片来自Science, 2024, doi:10.1126/science.adg9982

他们发现，开放的神经元更有可能被招募到“记忆痕迹”中。“记忆痕迹”是大脑中神经元的稀疏集合，它们在学习新知识时会显示出电活动。事实上，处于更开放染色质状态的神经元也表现出更高的电活动。

随后，这些作者利用病毒递送表观遗传酶，从而人为诱导神经元的开放性。他们发现，相应的小鼠学习效果更好。当他们使用相反的方法闭合神经元的DNA时，这些小鼠的学习能力就被取消了。这些发现为理解神经元细胞核编码的学习开辟了新的途径，甚至有朝一日可能会开发出改善学习的药物。

正如Gräff解释的那样，“这些发现偏离了神经科学关于学习和记忆的主流观点，即关注突触可塑性的重要性，而是将重点放在神经元核内发生的事情上，在它的DNA上。这一点尤为重要，因为许多认知障碍（如阿尔茨海默病和创伤后应激障碍）的特征都是表观遗传机制出了问题。”（生物谷Bioon.com）

参考资料：

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