Science｜新研究揭示表观遗传学如何影响哺乳动物记忆形成
来源：市场资讯
转自：生物谷
当我们形成新的记忆时，大脑不仅是一个静默的观察者，它会经历显著的物理与功能转变，这些转变共同构成了所谓的“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，但长久以来，对于神经元核心——细胞核的探索却鲜少触及。
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。尽管所有细胞共享相同的DNA编码，但皮肤细胞、肾脏细胞或是神经细胞等不同细胞类型，各自激活独特的基因组合。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及其团队深入探索了表观遗传学在决定神经元能否成为记忆编码一员中的作用。他们通过小鼠实验揭示，神经元的表观遗传状态对其在记忆形成中的参与至关重要。
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团队旨在探讨表观遗传因素如何影响神经元的记忆功能。当神经元细胞核内的DNA结构松弛时，神经元在表观遗传层面上处于开放状态；反之，若DNA紧密缠绕，则神经元处于闭合状态。Gräff指出，“我们的研究从DNA层面解开了记忆形成的第一环。”
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，处于开放状态的神经元更可能被纳入记忆痕迹之中。记忆痕迹，即大脑中稀疏分布的神经元群，其电活动在学习新知时尤为活跃。实际上，染色质更开放的神经元展示出更高的电生理活性。
接下来，研究者通过病毒载体递送表观遗传酶，人工诱导神经元的开放性，结果发现小鼠的学习表现显著提升。相反，当采用手段使神经元DNA闭合时，小鼠的学习能力则大打折扣。这些发现开启了理解神经元核内编码学习过程的新视角，未来或许能催生改善学习效能的疗法。
正如Gräff所言，“我们的成果挑战了神经科学中关于学习与记忆的传统观点，即过度强调突触可塑性，转而聚焦于神经元核内部的动态，特别是其DNA层面。这一视角的转变尤为重要，因为诸如阿尔茨海默病和创伤后应激障碍等认知障碍，其病理机制往往与表观遗传调节失常息息相关。”
参考资料：
Giulia Santoni et al. Chromatin plasticity predetermines neuronal eligibility for memory trace formation. Science, 2024, doi:10.1126/science.adg9982.
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