유전학은 기억 형성의 비밀을 밝힙니다

요약: 새로운 연구에 따르면 뉴런의 유전적 상태가 기억 형성에서의 역할을 결정한다는 사실이 밝혀졌습니다. 개방형 염색질 상태를 가진 뉴런은 기억 경로로 모집될 가능성이 더 높으며 학습 중에 더 높은 전기적 활동을 보여줍니다.

연구자들은 쥐의 이러한 유전적 조건을 조작하면 학습이 향상되거나 손상될 수 있음을 보여주었습니다. 이번 발견은 시냅스 가소성에서 핵 과정으로 초점을 옮겨 인지 장애 치료를 위한 잠재적인 새로운 길을 제시합니다.

중요한 사실:

1. 개방형 염색질 상태를 갖는 뉴런은 기억 형성에 관여할 가능성이 더 높습니다.
2. 쥐의 뉴런의 유전적 상태를 조작하면 학습이 향상되거나 손상될 수 있습니다.
3. 이 연구는 학습의 시냅스 가소성에서 핵 과정으로 초점을 이동합니다.

원천: 스위스 로잔 연방공과대학

우리가 새로운 기억을 형성할 때, 뇌는 집합적으로 ‘기억 흔적’이라고 알려진 물리적, 기능적 변화를 겪습니다. 기억 흔적은 기억이 형성되고 나중에 기억될 때 발생하는 뉴런의 특정 활동 패턴과 구조적 변형을 나타냅니다.

하지만 뇌는 어떤 뉴런이 기억 추적에 참여할 것인지 어떻게 “결정”합니까? 연구에 따르면 뉴런의 고유한 흥분성이 중요한 역할을 한다고 합니다. 그러나 현재 학습에 대해 받아들여지는 관점에서는 뉴런 자체의 명령 센터나 핵을 고려하지 않습니다. 핵에는 아직 탐구되지 않은 완전히 다른 차원, 즉 후생유전학이 포함되어 있는 것으로 보입니다.

유기체의 각 세포 내에서 DNA에 의해 암호화된 유전 물질은 동일하지만 피부 세포, 신장 세포 또는 신경 세포와 같이 신체를 구성하는 다양한 유형의 세포는 각각 서로 다른 유전자 세트를 발현합니다. 후생유전학(Epigenetics)은 세포가 DNA 서열을 변경하지 않고 유전자 활동을 제어하는 ​​메커니즘입니다.

이제 신경과학자 요하네스 그라프(Johannes Graf)가 이끄는 EPFL의 과학자들은 후성유전학이 뉴런이 선택되어 기억을 형성할 가능성에 영향을 미칠 수 있는지 조사했습니다.

쥐에 대한 그들의 연구는 현재 과학뉴런의 유전적 상태는 기억 부호화에서 그 역할의 핵심인 것으로 보입니다.

Graf는 “우리는 DNA 수준에서 기억 형성의 첫 번째 단계를 밝히고 있습니다.”라고 말했습니다.

Graf와 그의 팀은 유전적 요인이 뉴런의 “기억” 기능에 영향을 미칠 수 있는지 궁금해했습니다. 신경 세포는 핵 내부의 DNA가 느슨하거나 느슨할 때 유전적으로 열릴 수 있습니다. DNA가 작고 단단하면 닫힐 수 있습니다.

연구자들은 열린 세포가 새로운 것을 학습할 때 전기적 활동을 보이는 뇌의 희박한 뉴런 그룹인 “기억 흔적”에 모집될 가능성이 더 높다는 것을 발견했습니다. 실제로 더 열린 염색질 상태에 있는 뉴런은 더 높은 전기적 활동을 보이는 세포이기도 했습니다.

그런 다음 로잔에 있는 스위스 연방 기술 연구소의 과학자들은 바이러스를 사용하여 유전 효소를 전달하여 뉴런이 열리도록 인위적으로 자극했습니다. 그들은 테스트한 쥐가 훨씬 더 잘 학습한다는 것을 발견했습니다. 과학자들이 뉴런의 DNA를 차단하기 위해 반대 접근법을 사용했을 때 쥐의 학습 능력은 제거되었습니다.

이번 발견은 뉴런의 핵과 관련된 학습을 이해하는 새로운 방법을 제시하며 언젠가는 학습을 향상시키는 약물로 이어질 수도 있습니다. Graf는 다음과 같이 설명합니다. “그들은 시냅스 가소성의 중요성을 강조하는 학습과 기억에 대한 일반적인 신경과학 관점에서 벗어나 뉴런의 핵 내부, 즉 DNA에서 일어나는 일에 다시 초점을 맞춥니다.

“알츠하이머병이나 PTSD와 같은 많은 인지 장애가 잘못된 유전 메커니즘을 특징으로 하기 때문에 이는 특히 중요합니다.”

기억 연구 및 유전학과 관련된 뉴스에 대해

작가: 닉 파파조르기우
원천: 스위스 로잔 연방공과대학
의사소통: 닉 파파조르기우 – EPFL
그림: 신경과학 뉴스에서 가져온 이미지

원래 검색: 접근이 폐쇄되었습니다.
“염색질 가소성은 기억 흔적을 형성하는 뉴런의 적합성을 미리 결정합니다.“요하네스 그라프(Johannes Graf) 외 여러분 저.” 과학

요약

염색질 가소성은 기억 흔적을 형성하는 뉴런의 적합성을 미리 결정합니다.

소개

발달 과정에서 유전적 변이는 다양한 기능을 가진 다양한 유형의 세포를 발생시킵니다. 특정 신호 전달 계통을 자극하기 위해 게놈 유전자좌를 활성화 및 비활성화하라는 지속적인 지시를 내림으로써 후성유전적 메커니즘은 계통 약속 및 세포 분화에 중추적인 역할을 합니다. 그러나 염색질 가소성이 성인 뉴런과 같이 완전히 분화된 세포에서 동적 기능의 발달에 똑같이 중요한 역할을 하는지는 불분명합니다.

뉴런의 가장 흥미로운 특징 중 하나는 정보를 인코딩하는 능력입니다. 뇌는 저장되는 각각의 새로운 정보에 대해 뉴런의 하위 집합만을 배치한다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 이는 동일한 유형의 발달상 특정 세포 내에서도 모든 뉴런이 주어진 시간에 정보를 인코딩할 수 있는 것은 아니라는 것을 의미합니다.

이론적 해석

신경 선택에 대한 기억 형성의 의존성은 우리로 하여금 염색질 구조가 외관상 균질한 세포 정체성 중에서 정보 인코딩을 지시하기에 충분히 이질적일 수 있는지 궁금해하게 만들었습니다. 구체적으로, 향상된 염색질 가소성이 기억 형성을 위한 우선적 선택을 위해 뉴런을 준비하는 동기가 될 수 있는지 여부는 아직 밝혀지지 않았습니다.

결과

기억의 연관 형태를 인코딩하는 역할을 하는 주요 뇌 영역인 쥐 측면 편도체에 초점을 맞춤으로써 우리는 그 안의 흥분성 뉴런이 실제로 이질적인 염색질 가소성을 나타내고, 더욱이 학습 활성화 뉴런에 우선적으로 모집된 세포가 과아세틸화된 히스톤을 풍부하게 한다는 사실을 발견했습니다. , 뇌에 풍부한 유전자 변형입니다.

염색질 가소성과 정보 코딩 사이의 이러한 연관성을 테스트하기 위해 우리는 다음으로 이러한 뉴런에서 히스톤 아세틸트랜스퍼라제를 증가시키거나 감소시켜 히스톤 아세틸화 수준을 조작했습니다. 우리는 히스톤 아세틸화에 의해 매개되는 후성유전적 가소성 기능의 획득이 뉴런의 기억 추적에 대한 모집을 촉진하는 반면, 그 기능의 상실은 메모리 할당을 방지한다는 것을 발견했습니다.

이 선택의 기초가 되는 분자 메커니즘에 관심이 있는 우리는 다음으로 다중 단일 핵 시퀀싱을 수행하여 형질전환 뉴런에서 발생하는 염색질 접근성과 유전자 발현 변화를 동시에 평가했습니다.

이러한 발견은 정보 인코딩을 위한 중요한 생리학적 과정으로 확인된 신경 흥분성뿐만 아니라 구조적 및 시냅스 가소성과 밀접하게 연관된 게놈 유전자좌에서의 염색질 접근성 또는 발현 증가를 나타냅니다. 따라서 우리는 염색질 가소성이 증가하면 내인성 신경 흥분성이 증가하고 구조적 및 기능적 시냅스 리모델링이 향상된다는 것을 발견했습니다.

프로세스가 실제로 메모리 할당에 영향을 미칠 수 있으려면 메모리 보존도 지원해야 합니다. 이를 위해 우리는 연관 기억의 일종인 파블로프 공포 조건화에 HAT 단백질을 주입한 쥐를 테스트한 결과 훨씬 더 강한 공포 기억을 보인 것으로 나타났습니다. 이 효과는 최대 8일 동안 지속되었습니다. 빛에 의해 유전자 변형 뉴런을 침묵시키면 공포 기억 회상이 예방된다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 이는 염색질 가소성과 기억 흔적 형성 사이의 독립적인 관계를 나타냅니다.

마지막으로 Förster 공명 에너지 전달(FRET) 도구와 단일 뉴런의 칼슘 이미징 도구를 결합하여 염색질 가소성과 내인성 신경 흥분성 사이의 관계가 내생적으로, 세포 독립적으로, 실시간으로 발생한다는 것을 발견했습니다.

결론

우리의 결과는 기억 경로로 모집하기 위한 뉴런의 적격성은 학습 전의 후생적 상태에 달려 있음을 보여 주며, 따라서 염색질 가소성을 정보 인코딩에 중요한 새로운 형태의 가소성으로 식별합니다. 따라서 뉴런의 후생적 지형은 역동적이면서도 오래 지속되는 방식으로 환경 신호를 등록하고 통합할 수 있는 적응 모델을 나타낼 수 있습니다.