Nat Neurosci：研究揭示记忆形成的机制
来源：本站原创 2020-10-06 22:01
当大脑形成新体验的记忆时，称为engram细胞的神经元会编码记忆的详细信息，并在以后我们每次回忆时重新激活。麻省理工学院的一项新研究表明，这一过程是由细胞染色质的大规模重塑控制的。
2020年10月7日讯/生物谷BIOON/---当大脑形成新体验的记忆时，称为engram细胞的神经元会编码记忆的详细信息，并在以后我们每次回忆时重新激活。麻省理工学院的一项新研究表明，这一过程是由细胞染色质的大规模重塑控制的。
这种重塑使涉及记忆的特定基因变得更加活跃，这种重塑发生在数天的多个阶段中。染色质的密度和排列方式的改变（一种高度压缩的结构，由DNA和称为组蛋白的蛋白质组成）可以控制特定基因在给定细胞内的活性。
麻省理工学院博士后Asaf Marco是该论文的主要作者，该论文今天发表在《Nature Neuroscience》杂志上。
海马体以及大脑的其他部位都有engram细胞的存在。最近的许多研究表明，这些单元格形成与特定记忆有关，并且当该部分记忆被调用时，这些网络将被激活。但是，这些记忆的编码和检索的分子机制尚不为人所理解。
在记忆形成的最初阶段，称为“即时早期基因”的基因会在engram细胞中激活，但这些基因很快会恢复正常的活动水平。麻省理工学院的团队希望探索在此过程的后期会发生什么，以协调长期记忆的存储。
Marco说：“记忆的形成和保存是一个非常微妙而协调的事件，持续数小时甚至数天，甚至可能长达数月，我们不确定。” “在此过程中，有一些基因表达和蛋白质合成的浪潮使神经元之间的连接越来越强。”
作者假设这些波可以通过表观基因组修饰来控制，这些修饰是染色质的化学变化，控制着特定基因的可及性。蔡氏实验室的先前研究表明，当使染色质难以接近的酶过于活跃时，它们会干扰形成新记忆的能力。
为了研究随时间变化在单个印记细胞中发生的表观基因组变化，研究人员使用了基因工程小鼠，在它们形成记忆后，它们可以用荧光蛋白永久标记海马中的印记细胞。这些小鼠受到轻微的足部电击，他们学会了与受到电击的笼子相联系。当这种记忆形成时，编码记忆的海马细胞开始产生黄色荧光蛋白标记。
Marco说：“然后，我们可以永远追踪这些神经元，我们可以将它们分类，并询问脚部震动一小时后发生了什么，五天后发生了什么，以及这些神经元在记忆回忆中重新激活时会发生什么。”
在记忆形成后的第一阶段，研究人员发现DNA的许多区域都发生了染色质修饰。在这些区域中，染色质变得更松散，使DNA变得更容易接近。令研究人员惊讶的是，几乎所有这些区域都位于非编码的DNA区域，包含称为增强子的非编码序列。研究人员还发现，在这个早期阶段，染色质修饰对基因表达没有任何影响。
研究人员然后在记忆形成五天后对该细胞再次进行分析。他们发现，随着记忆在这五天内得到巩固或加强，围绕增强子的染色质的3-D结构发生了变化，从而使增强子更接近其靶基因。这仍然没有打开那些基因的表达。
接下来，研究人员将一些老鼠放回了接受足部电击的房间，重新激活了恐惧记忆。在这些小鼠的传承细胞中，研究人员发现引发的增强子经常与它们的靶基因相互作用，从而导致这些基因的表达激增。
在此环节开的许多基因都参与促进突触中蛋白质的合成，从而帮助神经元加强与其他神经元的连接。研究人员还发现，神经元的树突-分支延伸得到其他神经元的输入-发展出更多的棘突，进一步证明了它们的联系得到了进一步加强。
Marco说，这项研究是第一个表明记忆形成是由表观基因组的启动子驱动的，从而在记忆被再次调用时刺激基因表达。（生物谷 Bioon.com）
资讯出处：Neuroscientists discover a molecular mechanism that allows memories to form
原始出处：Mapping the epigenomic and transcriptomic interplay during memory formation and recall in the hippocampal engram ensemble, Nature Neuroscience (2020). DOI: 10.1038/s41593-020-00717-0 , www.nature.com/articles/s41593-020-00717-0
这种重塑使涉及记忆的特定基因变得更加活跃，这种重塑发生在数天的多个阶段中。染色质的密度和排列方式的改变（一种高度压缩的结构，由DNA和称为组蛋白的蛋白质组成）可以控制特定基因在给定细胞内的活性。
（图片来源：Www.pixabay.com）
麻省理工学院博士后Asaf Marco是该论文的主要作者，该论文今天发表在《Nature Neuroscience》杂志上。
海马体以及大脑的其他部位都有engram细胞的存在。最近的许多研究表明，这些单元格形成与特定记忆有关，并且当该部分记忆被调用时，这些网络将被激活。但是，这些记忆的编码和检索的分子机制尚不为人所理解。
在记忆形成的最初阶段，称为“即时早期基因”的基因会在engram细胞中激活，但这些基因很快会恢复正常的活动水平。麻省理工学院的团队希望探索在此过程的后期会发生什么，以协调长期记忆的存储。
Marco说：“记忆的形成和保存是一个非常微妙而协调的事件，持续数小时甚至数天，甚至可能长达数月，我们不确定。” “在此过程中，有一些基因表达和蛋白质合成的浪潮使神经元之间的连接越来越强。”
作者假设这些波可以通过表观基因组修饰来控制，这些修饰是染色质的化学变化，控制着特定基因的可及性。蔡氏实验室的先前研究表明，当使染色质难以接近的酶过于活跃时，它们会干扰形成新记忆的能力。
为了研究随时间变化在单个印记细胞中发生的表观基因组变化，研究人员使用了基因工程小鼠，在它们形成记忆后，它们可以用荧光蛋白永久标记海马中的印记细胞。这些小鼠受到轻微的足部电击，他们学会了与受到电击的笼子相联系。当这种记忆形成时，编码记忆的海马细胞开始产生黄色荧光蛋白标记。
Marco说：“然后，我们可以永远追踪这些神经元，我们可以将它们分类，并询问脚部震动一小时后发生了什么，五天后发生了什么，以及这些神经元在记忆回忆中重新激活时会发生什么。”
在记忆形成后的第一阶段，研究人员发现DNA的许多区域都发生了染色质修饰。在这些区域中，染色质变得更松散，使DNA变得更容易接近。令研究人员惊讶的是，几乎所有这些区域都位于非编码的DNA区域，包含称为增强子的非编码序列。研究人员还发现，在这个早期阶段，染色质修饰对基因表达没有任何影响。
研究人员然后在记忆形成五天后对该细胞再次进行分析。他们发现，随着记忆在这五天内得到巩固或加强，围绕增强子的染色质的3-D结构发生了变化，从而使增强子更接近其靶基因。这仍然没有打开那些基因的表达。
接下来，研究人员将一些老鼠放回了接受足部电击的房间，重新激活了恐惧记忆。在这些小鼠的传承细胞中，研究人员发现引发的增强子经常与它们的靶基因相互作用，从而导致这些基因的表达激增。
在此环节开的许多基因都参与促进突触中蛋白质的合成，从而帮助神经元加强与其他神经元的连接。研究人员还发现，神经元的树突-分支延伸得到其他神经元的输入-发展出更多的棘突，进一步证明了它们的联系得到了进一步加强。
Marco说，这项研究是第一个表明记忆形成是由表观基因组的启动子驱动的，从而在记忆被再次调用时刺激基因表达。（生物谷 Bioon.com）
资讯出处：Neuroscientists discover a molecular mechanism that allows memories to form
原始出处：Mapping the epigenomic and transcriptomic interplay during memory formation and recall in the hippocampal engram ensemble, Nature Neuroscience (2020). DOI: 10.1038/s41593-020-00717-0 , www.nature.com/articles/s41593-020-00717-0
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