دانشمندان علوم اعصاب مکانیسم مولکولی را کشف می کنند که به آنها امکان شکل گیری خاطرات را می دهد

0

دانشمندان علوم اعصاب مکانیسم مولکولی را کشف می کنند که به آنها امکان شکل گیری خاطرات را می دهد

دانشمندان علوم اعصاب مکانیسم مولکولی را کشف می کنند که به آنها امکان شکل گیری خاطرات را می دهد هنگامی که مغز خاطره ای از یک تجربه جدید را تشکیل می دهد ، سلول های عصبی به نام سلول های آنگرام جزئیات حافظه را رمزگذاری می کنند و بعداً هر زمان که آن را یادآوری کنیم دوباره فعال می شوند. یک مطالعه جدید MIT نشان می دهد که این فرآیند با بازسازی در مقیاس بزرگ کروماتین سلول کنترل می شود.

این بازسازی ، که باعث می شود ژن های خاصی که در ذخیره سازی حافظه نقش دارند ، فعال تر شوند ، در چندین مرحله انجام می شود که در طی چند روز پخش شده اند. تغییر در چگالی و چیدمان کروماتین ، ساختاری کاملاً فشرده و متشکل از DNA و پروتئین هایی به نام هیستون ، می تواند میزان فعال بودن ژن های خاص درون سلول معین را کنترل کند.

Li-Huei Tsai ، مدیر انستیتوی Picower MIT برای یادگیری و حافظه و نویسنده ارشد مطالعه.

Asaf Marco ، فوق تخصص MIT ، نویسنده اصلی مقاله است که امروز در Nature Neuroscience منتشر می شود.

کنترل اپی ژنومیک

سلولهای انجرم در هیپوکامپ و همچنین سایر قسمتهای مغز یافت می شوند. بسیاری از مطالعات اخیر نشان داده است که این سلول ها شبکه هایی را تشکیل می دهند که با حافظه های خاصی مرتبط هستند و با فراخوانی آن حافظه ، این شبکه ها فعال می شوند. با این حال ، مکانیسم های مولکولی رمزگذاری و بازیابی این حافظه ها به خوبی درک نشده اند.

دانشمندان علوم مغز و اعصاب می دانند که در اولین مرحله تشکیل حافظه ، ژن هایی که به عنوان ژن های اولیه فوری شناخته می شوند ، در سلول های اینگرام روشن می شوند ، اما این ژن ها به زودی به سطح فعالیت طبیعی خود باز می گردند. تیم MIT می خواست اتفاقاتی را که بعداً در این فرآیند برای هماهنگی ذخیره سازی طولانی مدت خاطرات رخ می دهد ، کشف کند.

مارکو می گوید: “شکل گیری و حفظ حافظه یک اتفاق بسیار ظریف و هماهنگ است که در طی ساعت ها و روزها گسترش می یابد و ممکن است حتی ماه ها باشد – ما به طور قطع نمی دانیم.” “در طی این فرآیند ، چند موج بیان ژن و سنتز پروتئین وجود دارد که باعث تقویت و سریعتر اتصالات بین نورون ها می شود.”

تسای و مارکو فرض کردند که این امواج را می توان با تغییرات اپی ژنومی کنترل کرد ، که این تغییرات شیمیایی کروماتین است که دسترسی یا عدم دسترسی یک ژن خاص را کنترل می کند. مطالعات قبلی از آزمایشگاه Tsai نشان داده است که وقتی آنزیم هایی که باعث غیرقابل دسترس بودن کروماتین می شوند ، بیش از حد فعال باشند ، می توانند توانایی ایجاد خاطرات جدید را مختل کنند.

برای مطالعه تغییرات اپی ژنومیکی که به مرور در سلولهای انفرادی منفرد رخ می دهد ، محققان از موشهای مهندسی شده ژنتیکی استفاده کردند که در آن می توانند هنگام تشکیل حافظه ، سلولهای انقراضی را در هیپوکامپ به طور دائمی با پروتئین فلورسنت برچسب گذاری کنند. این موش ها یک ضربه خفیف پا دریافت کردند که یاد گرفتند با قفسی که در آن شوک ایجاد شده ارتباط برقرار کنند. هنگامی که این حافظه تشکیل می شود ، سلول های هیپوکامپ کد کننده حافظه شروع به تولید یک مارکر پروتئین فلورسنت زرد می کنند.

مارکو می گوید: “سپس ما می توانیم آن نورون ها را برای همیشه ردیابی کنیم و می توانیم آنها را مرتب کنیم و از آنها بپرسیم که یک ساعت پس از ضربه پا چه اتفاقی برای آنها می افتد ، پنج روز بعد چه اتفاقی می افتد و وقتی این نورون ها در هنگام یادآوری حافظه دوباره فعال می شوند ، چه اتفاقی می افتد.”

در اولین مرحله ، درست پس از تشکیل حافظه ، محققان دریافتند که بسیاری از مناطق DNA تحت تغییرات کروماتین قرار می گیرند. در این مناطق ، کروماتین شلتر می شود و به DNA امکان دسترسی بیشتری می دهد. در کمال تعجب محققان ، تقریباً همه این مناطق در بخشهایی از DNA قرار داشتند که هیچ ژنی یافت نمی شود. این مناطق حاوی توالی های غیر کدگذاری کننده به نام تقویت کننده هستند که برای کمک به روشن شدن آنها با ژن ها در تعامل هستند. محققان همچنین دریافتند که در این مرحله اولیه ، تغییرات کروماتین هیچ تأثیری در بیان ژن ندارد.

سپس محققان پنج روز پس از تشکیل حافظه سلول های آنبرام را مورد تجزیه و تحلیل قرار دادند. آنها دریافتند که با تقویت یا تقویت خاطرات در طی این پنج روز ، ساختار ۳-D کروماتین اطراف تقویت کننده ها تغییر کرده و باعث افزایش نزدیک کننده ها به ژن های مورد نظر خود می شود. این هنوز ژن ها را روشن نمی کند ، اما برای اولین بار بیان می شود که وقتی حافظه یادآوری می شود.

در مرحله بعدی ، محققان تعدادی از موش ها را به محفظه ای که در آن پا دچار شوک شده بودند قرار دادند و دوباره حافظه ترسناک را فعال کردند. محققان دریافتند که در سلولهای اینگرام از این موشها ، تقویت کنندههای اولیه با ژنهای هدف خود در تعامل مکرر بوده و منجر به افزایش بیان این ژنها می شوند.

بسیاری از ژن هایی که در هنگام یادآوری حافظه روشن می شوند در ایجاد سنتز پروتئین در سیناپس ها نقش دارند و به سلول های عصبی کمک می کنند تا ارتباطات خود را با سایر سلول های عصبی تقویت کنند. محققان همچنین دریافتند که دندریت های سلول های عصبی – پسوندهای شاخه ای که از سلول های عصبی دیگر ورودی دریافت می کنند – ستون فقرات بیشتری ایجاد کردند و شواهد بیشتری در مورد تقویت بیشتر اتصالات آنها ارائه داد.

مقدمه برای بیان

مارکو می گوید ، این مطالعه اولین مطالعه ای است که نشان می دهد تشکیل حافظه توسط تقویت کننده های آغازگر اپی ژنومیک برای تحریک بیان ژن در هنگام یادآوری حافظه انجام می شود.

“این اولین کاری است که در سطح مولکولی نشان می دهد که چگونه می توان اپی ژنوم را برای دستیابی به قابلیت دسترسی اولیه ایجاد کرد. اول ، شما تقویت کننده ها را در دسترس تر می کنید ، اما دسترسی به تنهایی کافی نیست. شما برای تعامل فیزیکی با ژن ، که مرحله دوم است ، “او می گوید. “ما اکنون در حال فهمیدن هستیم که معماری ژنوم ۳-D نقش بسزایی در تنظیم بیان ژن دارد.”

محققان کشف نکردند که این تغییرات اپی ژنومی چه مدت طول می کشد ، اما مارکو می گوید او معتقد است که ممکن است برای هفته ها یا حتی ماه ها باقی بمانند. وی اکنون امیدوار است که بتواند بررسی کند که چگونه کروماتین سلولهای آنبرام تحت تأثیر بیماری آلزایمر قرار دارد. کارهای قبلی آزمایشگاه Tsai نشان داده است که درمان یک مدل موش آلزایمر با مهار کننده HDAC ، دارویی که به بازگشایی کروماتین غیرقابل دسترسی کمک می کند ، می تواند به بازیابی خاطرات از دست رفته کمک کند.

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.