Genetik hafıza oluşumunun sırlarını açığa çıkarıyor

özet: Yeni bir çalışma, nöronların genetik durumunun hafıza oluşumundaki rollerini belirlediğini ortaya koyuyor. Açık kromatin durumlarına sahip nöronların, öğrenme sırasında daha yüksek elektriksel aktivite göstererek hafıza yollarına dahil olma olasılıkları daha yüksektir.

Araştırmacılar, farelerde bu genetik koşulları manipüle etmenin öğrenmeyi geliştirebileceğini veya bozabileceğini gösterdi. Bu keşif, odak noktasını sinaptik esneklikten nükleer süreçlere kaydırarak bilişsel bozuklukların tedavisinde potansiyel yeni yollar sağlıyor.

Ana unsurlar:

1. Açık kromatin durumlarına sahip nöronların hafıza oluşumunda yer alma olasılıkları daha yüksektir.
2. Farelerdeki nöronların genetik durumunu değiştirmek, öğrenmeyi geliştirebilir veya zayıflatabilir.
3. Bu araştırma, öğrenmedeki odağı sinaptik esneklikten nükleer süreçlere kaydırıyor.

kaynak: Lozan’daki İsviçre Federal Teknoloji Enstitüsü

Yeni bir anı oluşturduğumuzda beyin, topluca “hafıza izi” olarak bilinen fiziksel ve işlevsel değişikliklere uğrar. Bir anı izi, bir anı oluştuğunda ve daha sonra hatırlandığında ortaya çıkan nöronların spesifik aktivite modellerini ve yapısal değişikliklerini temsil eder.

Peki beyin hangi nöronların hafıza takibine katılacağına nasıl “karar verir”? Çalışmalar, nöronların doğal uyarılabilirliğinin bir rol oynadığını öne sürüyor, ancak şu anda kabul edilen öğrenme görüşü, nöronun kendisinin komuta merkezini veya çekirdeğini dikkate almayı ihmal etti. Çekirdek, keşfedilmemiş bambaşka bir boyutu içeriyor gibi görünüyor: epigenetik.

Bir organizmanın her hücresinde, DNA tarafından kodlanan genetik materyal aynıdır, ancak deri hücreleri, böbrek hücreleri veya sinir hücreleri gibi vücudu oluşturan farklı hücre türlerinin her biri farklı gen dizisini ifade eder. Epigenetik, hücrelerin DNA dizisini değiştirmeden gen aktivitesini kontrol ettiği mekanizmadır.

Şimdi, sinir bilimci Johannes Graf liderliğindeki EPFL’den bilim insanları, epigenetiğin, nöronların hafızayı oluşturmak için seçilme olasılığını etkileyip etkilemediğini araştırdılar.

Fareler üzerindeki araştırmaları şu anda yayınlandı: BilimlerBir nöronun genetik durumunun, hafıza kodlamasındaki rolünün anahtarı olduğu görülüyor.

Graf, “Bellek oluşumunun ilk adımına DNA düzeyinde ışık tutuyoruz” diyor.

Graf ve ekibi, genetik faktörlerin nöronun “hafıza” fonksiyonunu etkileyip etkilemeyeceğini merak etti. Bir sinir hücresi, çekirdeğinin içindeki DNA gevşek veya gevşek olduğunda genetik olarak açık olabilir. DNA kompakt ve sıkı olduğunda kapatılabilirler.

Araştırmacılar, açık hücrelerin, yeni bir şey öğrenirken elektriksel aktivite gösteren, beyindeki seyrek nöron grubu olan “hafıza izine” katılma olasılığının daha yüksek olduğunu buldu. Aslında daha açık kromatin durumundaki nöronlar aynı zamanda daha yüksek elektriksel aktivite gösteren hücrelerdi.

Lozan’daki İsviçre Federal Teknoloji Enstitüsü’ndeki bilim adamları daha sonra, nöronların açılmasını yapay olarak uyarmak için genetik enzimler sağlamak üzere bir virüs kullandılar. Test ettikleri farelerin çok daha iyi öğrendiğini buldular. Bilim insanları nöronların DNA’sını kapatmak için tam tersi bir yaklaşım kullandığında, farelerin öğrenme yeteneği ortadan kalktı.

Bulgular, bir nöronun çekirdeğini içeren öğrenmeyi anlamanın yeni yollarını açıyor ve hatta bir gün öğrenmeyi geliştirecek bir ilaca bile yol açabilir. Graf’ın açıkladığı gibi: “Sinaptik plastisitenin önemini vurgulayan öğrenme ve hafızaya ilişkin hakim sinirbilim görüşünden uzaklaşıyorlar ve tekrar bir nöronun çekirdeğinde, yani DNA’sında olup bitenlere odaklanıyorlar.

“Bu özellikle önemli çünkü Alzheimer hastalığı ve TSSB gibi birçok bilişsel bozukluk, hatalı genetik mekanizmalarla karakterize ediliyor.”

Bellek araştırmaları ve genetiğe ilişkin bu haberler hakkında

yazar: Nick Papageorgiou
kaynak: Lozan’daki İsviçre Federal Teknoloji Enstitüsü
iletişim: Nick Papageorgiou – EPFL
resim: Resim Neuroscience News’den alınmıştır

Orijinal arama: Erişim kapalı.
“Kromatin plastisitesi, nöronların hafıza izleri oluşturmaya uygunluğunu önceden belirler“Johannes Graf ve diğerleri tarafından.” Bilimler

Özet

Kromatin plastisitesi, nöronların hafıza izleri oluşturmaya uygunluğunu önceden belirler

giriiş

Gelişim sırasında genetik çeşitlilik, farklı işlevlere sahip farklı hücre türlerinin ortaya çıkmasına neden olur. Spesifik sinyalleşme basamaklarını uyarmak için genomik lokusları aktive etmek ve etkisiz hale getirmek için sürekli talimatlar vererek epigenetik mekanizmalar, soy bağlılığı ve hücresel farklılaşmada çok önemli bir rol oynar. Bununla birlikte, kromatin plastisitesinin yetişkin nöronlar gibi tamamen farklılaşmış hücrelerde dinamik fonksiyonların gelişiminde eşit derecede önemli bir rol oynayıp oynamadığı belirsizliğini koruyor.

Nöronların en ilginç özelliklerinden biri bilgiyi kodlama yetenekleridir. Beynin, kaydedilen her yeni bilgi parçası için yalnızca bir nöron alt kümesini harekete geçirdiğini belirtmekte fayda var; bu, aynı türdeki gelişimsel olarak spesifik hücrelerde bile, tüm nöronların herhangi bir zamanda bilgiyi kodlama yeteneğine sahip olmadığı anlamına gelir.

Gerekçe

Bellek oluşumunun sinirsel seçilime bağımlılığı, kromatin yapısının, görünüşte homojen hücresel kimlikler arasında, bilgi kodlamasını yönlendirmek için yeterince heterojen olup olamayacağını merak etmemize neden oldu. Spesifik olarak, artan kromatin plastisitesinin, nöronları hafıza oluşumu için tercihli seçime hazırlamak için motive edici bir güç olup olamayacağı henüz bilinmiyor.

sonuçlar

İlişkisel hafıza biçimlerini kodlamaktan sorumlu önemli bir beyin bölgesi olan fare lateral amigdalasına odaklanarak, buradaki uyarıcı nöronların gerçekten de heterojen kromatin plastisite sergilediğini ve dahası, tercihen öğrenmeyle aktifleşen nöronlara seçilen hücrelerin zenginleştirilmiş Hiperasetillenmiş histonlar olduğunu keşfettik. beyinde bol miktarda bulunan bir genetik değişikliktir.

Kromatin plastisitesi ile bilgi kodlaması arasındaki bu bağlantıyı test etmek için, daha sonra bu nöronlardaki histon asetiltransferazı artırarak veya azaltarak histon asetilasyon seviyelerini manipüle ettik. Histon asetilasyonunun aracılık ettiği epigenetik plastisite fonksiyon kazancının, nöronların hafıza izine alınmasını kolaylaştırdığını, fonksiyon kaybının ise hafıza tahsisini engellediğini bulduk.

Bu seçimin altında yatan moleküler mekanizmalarla ilgilenerek, daha sonra transgenik nöronlarda meydana gelen kromatin erişilebilirliğini ve gen ekspresyonu değişikliklerini eş zamanlı olarak değerlendirmek için multipleks tek çekirdekli dizileme gerçekleştirdik.

Bu bulgular, bilgi kodlama için önemli bir fizyolojik süreç olarak tanımlanan nöronal uyarılabilirliğin yanı sıra yapısal ve sinaptik plastisite ile yakından ilişkili genomik lokuslarda kromatin erişilebilirliğinin veya ekspresyonunun arttığını ortaya çıkardı. Buna göre, artan kromatin plastisitesinin aynı zamanda içsel nöronal uyarılabilirliğin artmasına ve yapısal ve işlevsel sinaps yeniden yapılanmasının artmasına yol açtığını bulduk.

Bir sürecin gerçekten bellek tahsisini etkileyebilmesi için, aynı zamanda bellek tutmayı da desteklemesi gerekir. Bu amaçla, HAT proteini enjekte edilen fareleri, bir tür çağrışımsal hafıza olan Pavlovian korku koşullandırması üzerinde test ettik ve bunların, sekiz güne kadar süren bir etki olan, önemli ölçüde daha güçlü bir korku hafızası gösterdiklerini bulduk. Transgenik nöronların ışıkla susturulmasının korku hafızasının hatırlanmasını engellediğini belirtmekte fayda var; bu da kromatin esnekliği ile hafıza izi oluşumu arasında bağımsız bir ilişki olduğunu gösteriyor.

Son olarak, Förster rezonans enerji transferi (FRET) ve kalsiyum görüntüleme araçlarını tek nöronlarda birleştirerek, kromatin plastisitesi ile içsel nöronal uyarılabilirlik arasındaki ilişkinin endojen, hücreden bağımsız ve gerçek zamanlı olarak gerçekleştiğini keşfettik.

Çözüm

Sonuçlarımız, bir nöronun bir hafıza yoluna dahil edilmeye uygunluğunun, onun öğrenmeden önceki epigenetik durumuna bağlı olduğunu, dolayısıyla kromatin plastisitesinin bilgi kodlama için önemli olan yeni bir plastisite formu olarak tanımlandığını göstermektedir. Bu nedenle, nöronun epigenetik manzarası, çevresel sinyalleri dinamik ancak uzun ömürlü bir şekilde kaydedebilen ve entegre edebilen uyarlanabilir bir modeli temsil edebilir.