記憶の作成には、広範なDNA破壊が含まれます-ScienceDaily

by REVOLUSYNAPSE
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危険な経験を覚えておくことが急務であるため、脳は一連の潜在的に危険な動きをする必要があります。ニューロンや他の脳細胞は、新しい研究によると、以前に認識されていたよりも多くの場所でDNAをスナップして開き、記憶記憶のメカニズムに関する遺伝的指示。

複数の主要な脳領域におけるこれらのDNA二本鎖切断(DSB)の程度は驚くべきものであり、懸念していると、MITのピコワー神経科学教授でピコワー学習記憶研究所の所長である研究主任著者のLi-HueiTsai氏は述べています。休憩は定期的に修理され、そのプロセスは年齢とともにより欠陥があり壊れやすくなる可能性があります。 ツァイの研究室は、長引くDSBが神経変性と認知機能低下に関連しており、修復メカニズムが衰える可能性があることを示しています。

「私たちは、記憶形成時にこの自然な活動が脳内でどれほど広範囲に及ぶかを正確に理解したかったのです。それは、ゲノムの不安定性が将来の脳の健康をどのように損なうかについての洞察を私たちに与えることができるからです」脳と認知科学の学位を取得し、MITのAging BrainInitiativeのリーダーです。 「明らかに記憶形成は健康な脳機能にとって緊急の優先事項ですが、これらの新しい結果は、いくつかのタイプの脳細胞が非常に多くの場所でDNAを破壊し、遺伝子を迅速に発現することを示しています。」

休憩の追跡

2015年、ツァイの研究室は、ニューロンの活動がDSBを引き起こし、それらが急速な遺伝子発現を誘発したという最初のデモンストレーションを提供しました。 しかし、これらの発見は、主にニューロンの実験室での準備で行われ、行動する動物の記憶形成の文脈で活動の全範囲を捉えておらず、ニューロン以外の細胞で何が起こったのかを調査していませんでした。

7月1日に公開された新しい研究では PLOS ONE、筆頭著者で元大学院生のライアン・ストットと共著者で元研究技術者のオレグ・クリツキーは、学習と記憶におけるDSB活動の全体像を調査しようとしました。 そうするために、彼らは箱に入ったときにマウスに足に小さな電気的ザップを与え、その文脈の恐怖記憶を調整しました。 次に、いくつかの方法を使用して、次の30分間のマウスの脳におけるDSBと遺伝子発現を評価しました。特に、前頭前野と海馬のさまざまな細胞型の間で、条件付けされた恐怖記憶の形成と保存に不可欠な2つの領域です。 彼らはまた、比較のための活動のベースラインを確立するために、足のショックを経験しなかったマウスの脳で測定を行った。

恐怖記憶の作成は、海馬と前頭前野のニューロン間のDSBの数を倍増させ、各領域の300を超える遺伝子に影響を与えました。 次に、両方の地域に共通する206の影響を受けた遺伝子の中で、研究者はそれらの遺伝子が何をするかを調べました。 多くは、シナプスと呼ばれる、ニューロンが互いに作る接続の機能に関連していました。 ニューロンが接続を変更すると学習が発生し(「シナプス可塑性」と呼ばれる現象)、ニューロンのグループがエングラムと呼ばれるアンサンブルに接続すると記憶が形成されるため、これは理にかなっています。

「ニューロン機能と記憶形成に不可欠な多くの遺伝子、および培養ニューロンでの以前の観察に基づいて予想されるよりもはるかに多くの遺伝子が…潜在的にDSB形成のホットスポットである」と著者らは研究で書いている。

別の分析では、研究者らはRNAの測定を通じて、DSBの増加が、足のショックにさらされてから10〜30分後に、シナプス機能に影響を与える遺伝子を含む、影響を受ける遺伝子の転写と発現の増加と実際に密接に相関していることを確認しました。

「全体として、転写の変化はより強く関連していることがわかります [DSBs] 予想以上に脳内にある」と彼らは書いている。 [DSB] 培養ニューロンの刺激後の遺伝子座、海馬と前頭前野では、100〜150を超える遺伝子が関連していることがわかります [DSB] 転写的に誘導される遺伝子座。」

ストレスでスナップ

遺伝子発現の分析では、神経科学者はニューロンだけでなく、非ニューロンの脳細胞、つまりグリアも調べ、恐怖条件付け後に数百の遺伝子の発現に変化が見られることを発見しました。 アストロサイトと呼ばれるグリアは、例えば恐怖学習に関与していることが知られており、恐怖条件付け後に有意なDSBと遺伝子発現の変化を示しました。

グリア細胞の恐怖条件付け関連DSBに関連する遺伝子の最も重要な機能の中には、ホルモンへの反応がありました。 したがって、研究者たちは、どのホルモンが特に関与しているのかを調べ、ストレスに反応して分泌されるのはグルトコルトコイドであることを発見しました。 確かに、研究データは、グリアでは、恐怖条件付けの後に発生したDSBの多くが、グルトコルトコイド受容体に関連するゲノム部位で発生したことを示しました。 さらなるテストにより、これらのホルモン受容体を直接刺激すると、恐怖条件付けと同じDSBがトリガーされる可能性があり、受容体をブロックすると、恐怖条件付け後の重要な遺伝子の転写が妨げられる可能性があることが明らかになりました。

ツァイは、グリアが恐怖条件付けからの記憶の確立に非常に深く関与しているという発見は、新しい研究の重要な驚きであると述べました。

「グリアがグルトコルチコイドに対して強力な転写応答を開始する能力は、グリアがストレスへの応答と学習中の脳への影響において、以前に認識されていたよりもはるかに大きな役割を果たしている可能性があることを示唆しています」と彼女と彼女の共著者は書いています。

ダメージと危険?

恐怖記憶の形成と保存に必要なDSBが後の脳の健康に対する脅威であることを証明するために、さらに研究を行う必要がありますが、新しい研究はそれが事実であるかもしれないという証拠を追加するだけです、と著者は言いました。

「全体として、神経機能とグリア機能に重要な遺伝子でDSBの部位を特定しました。これは、脳活動の一部として生成されるこれらの再発性DNA切断のDNA修復障害が、脳の老化と疾患に寄与するゲノム不安定性をもたらす可能性があることを示唆しています。 ” 彼らが書きました。

国立衛生研究所、グレン医学研究財団、JPB財団が研究に資金を提供しました。



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