神经科学家发现一种允许记忆形成的分子机制

“Engram”神经元对染色体的修饰控制了记忆的编码和检索。

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当大脑形成新体验的记忆时，称为Engron单元的神经元编码内存的细节，并在我们召回时重新激活。一个新的麻省理算诊局研究表明，该过程是通过细胞'染色质的大规模重塑来控制的。

这种重塑，其允许涉及存储存储器的特定基因变得更加活跃，在多个阶段进行多次阶段。染色质的密度和排列的变化，一种由DNA和蛋白质组成的高压压缩结构，称为组蛋白，可以控制如何在给定细胞内有效基因。

“本文是第一个真正揭示这种非常神秘的基因波动如何激活的神秘过程，以及基因表达的这些不同波的表观遗传机制是什么，”麻省理工学院的照片大学主任学习和记忆和研究的高级作者。

ASAF Marco是一个麻省理工学院博士后，是本文的主要作者，今天出现在自然神经科学。

在海马以及大脑的其他部分中发现了脑细胞。许多最近的研究表明，这些细胞形成与特定存储器相关联的网络，并且当召回该存储器时，这些网络被激活。然而，这些存储器的编码和检索的底层的分子机制是不太理解的。

神经科学家知道，在记忆形成的第一阶段，称为即时性早期基因的基因在脑细胞中打开，但这些基因很快就恢复到正常活性水平。麻省理工学院团队希望探讨在过程中稍后会协调回忆的长期存储。

“记忆的形成和保存是一个非常细腻和协调的事件，差价超过几个小时和日子，并且可能是一个月的时间 - 我们肯定不知道，”马可说。 “在此过程中，存在一些基因表达和蛋白质合成，使得神经元之间的连接更强，更快。”

Tsai和Marco假设这些波可以通过表观蛋白修饰来控制，这是控制是否可访问特定基因的染色质的化学改变。从Tsai的实验室的先前研究表明，当使染色质无法进入的酶太活跃时，它们可能会干扰形成新记忆的能力。

为了在随着时间的推移中研究单个脑电池中发生的表观胶质变化，研究人员使用基因工程化小鼠，其中它们可以在形成存储器时永久地标记荧光蛋白质的海马中的脑细胞。这些小鼠接受了一种温和的脚震动，他们学会了与他们接受震荡的笼子相关联。当这种记忆形式时，编码存储器的海马细胞开始产生黄色荧光蛋白标记物。

“那么我们可以永远跟踪那些神经元，我们可以将它们整理出来，并在脚下震惊后一小时询问它们发生的事情，发生了五天后发生了什么，而当那些神经元在记忆召回期间重新激活时会发生什么，”Marco说。

在第一阶段，在形成内存之后，研究人员发现DNA的许多区域经历了染色质修饰。在这些区域中，染色质变得宽松，允许DNA变得更加易于。对于研究人员的惊喜，几乎所有这些地区都在延伸的DNA中，没有发现基因。这些区域含有名为增强剂的非编码序列，其与基因相互作用以帮助它们打开。研究人员还发现，在这种早期阶段，染色质修饰对基因表达没有任何影响。

然后，研究人员在内存形成后五天分析了脑电图。他们发现，随着回忆巩固或加强，在这五天内，围绕增强剂的染色质的3D结构改变，使增强剂更接近其靶基因。这仍然没有打开这些基因，但它将它们推动它们在召回存储器时表示。

接下来，研究人员将一些小鼠放回腔室，在那里他们收到脚震，重新激活了可怕的记忆。在来自这些小鼠的脑细胞中，研究人员发现，丙啶增强剂经常与其靶基因相互作用，导致这些基因表达的浪涌。

在记忆召回期间打开的许多基因涉及在突触处促进蛋白质合成，帮助神经元与其他神经元联系。研究人员还发现，神经元的树突 - 接受来自其他神经元的输入的分支延伸 - 产生更多的刺，提供了进一步的证据表明它们的连接进一步加强。

Marco说，该研究是第一个表明通过表观灌注增强剂刺激基因表达来驱动记忆形成。

“这是第一个在分子水平上表现出外表组合可以追加可访问性的第一工作。首先，您将增强器更可访问，但自身的可访问性也不够。他说，你需要这些地区与基因进行物理互动，“他说。 “我们现在意识到3D基因组体系结构在协调基因表达中起着非常重要的作用。”

研究人员没有探索这些表观胸肉修改的时间持续多久，但Marco表示他认为他们可能留在几周甚至几个月。他现在希望研究脑细胞的染色质感受阿尔茨海默病的影响。蔡实验室的以前的工作表明，用HDAC抑制剂治疗阿尔茨海默氏症的小鼠模型，该药物有助于重新开放染色质的药物，可以有助于恢复丢失的记忆。