W ważnym badaniu mającym na celu zrozumienie, w jaki sposób powstają wspomnienia, naukowcy wykazali, że elastyczność chromatyny — upakowanego DNA wewnątrz komórki — odgrywa kluczową rolę w „decyzji”, które neurony biorą udział w tworzeniu konkretnego wspomnienia.
Kiedy tworzymy nową pamięć, mózg przechodzi fizyczne i funkcjonalne zmiany znane zbiorczo jako „ślad pamięci”. Ślad pamięci reprezentuje specyficzne wzorce aktywności i strukturalne modyfikacje neuronów, które występują, gdy pamięć jest formowana i później przywoływana.
Ale w jaki sposób mózg „decyduje”, które neurony będą zaangażowane w ślad pamięciowy? Badania sugerują, że wrodzona pobudliwość neuronów odgrywa rolę, ale obecnie akceptowany pogląd na uczenie się nie uwzględnia wnętrza centrum dowodzenia samego neuronu, jego jądra. W jądrze wydaje się istnieć zupełnie inny wymiar, który pozostał niezbadany: epigenetyka.
Wewnątrz każdej komórki danego żywego organizmu materiał genetyczny kodowany przez DNA jest taki sam, jednak różne typy komórek tworzących ciało, takie jak komórki skóry, komórki nerek lub komórki nerwowe, wyrażają różne zestawy genów. Epigenetyka to mechanizm, w jaki komórki kontrolują taką aktywność genów bez zmiany sekwencji DNA.
Teraz naukowcy z EPFL pod przewodnictwem neurobiologa Johannesa Gräffa zbadali, czy epigenetyka może wpływać na prawdopodobieństwo, że neurony zostaną wybrane do tworzenia pamięci. Ich badania na myszach, opublikowane w Naukapokazuje, że stan epigenetyczny neuronu jest kluczowy dla jego roli w kodowaniu pamięci. „Rzucamy światło na najwcześniejszy etap formowania się pamięci z poziomu DNA-centrycznego”, mówi Gräff.
Gräff i jego zespół zastanawiali się, czy czynniki epigenetyczne mogą wpływać na „mnemoniczną” funkcję neuronu. Neuron może być epigenetycznie otwarty, gdy DNA wewnątrz jego jądra jest rozplątane lub rozluźnione; i zamknięty, gdy DNA jest zwarte i ciasne.
Odkryli, że to właśnie te otwarte są bardziej skłonne do rekrutacji do „śladu pamięci”, rzadkiego zestawu neuronów w mózgu, który wykazuje aktywność elektryczną podczas nauki czegoś nowego. W rzeczywistości neurony, które znajdowały się w bardziej otwartym stanie chromatyny, były również tymi, które wykazywały wyższą aktywność elektryczną.
Następnie naukowcy użyli wirusa do dostarczenia enzymów epigenetycznych, aby sztucznie wywołać otwartość neuronów. Odkryli, że odpowiadające im myszy uczyły się znacznie lepiej. Gdy naukowcy zastosowali odwrotne podejście, aby zamknąć DNA neuronów, zdolność myszy do uczenia się została anulowana.
Odkrycia otwierają nowe sposoby rozumienia uczenia się, które obejmują jądro neuronu, a pewnego dnia mogą nawet doprowadzić do opracowania leków poprawiających uczenie się. Jak wyjaśnia Gräff: „Odchodzą od dominującego neuronaukowego poglądu na uczenie się i pamięć, który koncentruje się na znaczeniu plastyczności synaptycznej, i na nowo kładą nacisk na to, co dzieje się wewnątrz jądra neuronu, na jego DNA. Jest to szczególnie ważne, ponieważ wiele zaburzeń poznawczych, takich jak choroba Alzheimera i zespół stresu pourazowego, charakteryzuje się nieprawidłowymi mechanizmami epigenetycznymi”.
Bibliografia
Giulia Santoni, Simone Astori, Marion Leleu, Liliane Glauser, Simon A. Zamora, Myriam Schioppa, Isabella Tarulli, Carmen Sandi, Johannes Gräff. Plastyczność chromatyny predeterminuje kwalifikowalność neuronalną do tworzenia śladów pamięciowych. Science 26 lipca 2024 r. adg9982
