神经元表观遗传与学习记忆：DNA压缩程度影响记忆形成
神经元表观遗传与学习记忆：DNA压缩程度影响记忆形成
神经元的表观遗传状态如何影响学习和记忆？最新研究表明，DNA的压缩程度与神经元的学习能力密切相关。瑞士洛桑联邦理工学院的朱利亚·桑托尼团队通过小鼠实验发现，DNA压缩程度较低的神经元更易被招募进入记忆形成过程。这一发现不仅揭示了神经元老化与学习能力下降的可能机制，也为理解神经退行性疾病提供了新的视角。
《自然》杂志发表了一项关于小鼠学习记忆机制的重要研究。研究发现，DNA压缩程度较低的神经元更有可能被招募进一个被称为“印记”的细胞集合中，这个集合负责形成和保留新的记忆。
DNA片段围绕组蛋白蛋白质的缠绕程度，可以决定其所包含基因的活性：紧密缠绕的DNA往往限制基因活性，而松散缠绕的DNA则允许基因更加活跃。瑞士洛桑联邦理工学院的朱利亚·桑托尼和她的同事们通过训练小鼠将一种声音与静电休克联系起来，并追踪学习过程中被激活的神经元。他们发现，这些神经元中的DNA没有其他神经元中那么紧密地缠绕。
当研究人员用一种酶处理小鼠，使DNA进一步松散时，动物的行为表明它们对噪音更加恐惧，这表明它们更好地学会了这一信息。研究人员推测，开放的DNA结构可能使神经元更具可塑性和适应性，这些表观遗传变化可能解释了印记如何长时间保留记忆。
《科学》杂志发表的另一项研究进一步探讨了这一机制。研究团队专注于小鼠的侧杏仁核，这是一个负责编码联想形式记忆的关键脑区。他们发现，这些神经元确实表现出异质的染色质可塑性，而且那些被优先招募到学习激活的神经元中的神经元富含高乙酰化的组蛋白。
为了验证染色质可塑性与信息编码之间的关系，研究人员通过增加或减少这些神经元中的组蛋白乙酰转移酶（HATs）来操纵组蛋白乙酰化水平。他们发现，组蛋白乙酰化介导的表观遗传可塑性的增益功能促进了神经元被招募进记忆痕迹，而其功能丧失则阻止了记忆分配。
进一步的单个核体多组学测序结果显示，在结构和突触可塑性以及神经元兴奋性密切相关的基因组位置获得了染色质可及性或增加了表达。这些结果揭示了染色质可塑性与记忆痕迹形成之间存在细胞自主的关系。
最后，研究人员通过光遗传学技术发现，沉默表观遗传改变的神经元可以阻止恐惧记忆的回想，这进一步证实了染色质可塑性在记忆形成中的关键作用。
这项研究不仅揭示了神经元表观遗传状态与学习记忆能力之间的关系，还为理解神经退行性疾病提供了新的视角。未来的研究可以进一步探索如何通过调节染色质可塑性来改善学习记忆能力，为治疗相关疾病提供新的思路。
染色质可塑性有利于信息编码。在成年大脑中，属于同一发育定义细胞类型的神经元本质上显示出不同程度的染色质可塑性，其增强有利于促进神经元被招募进记忆痕迹的转录和电生理特征。
这项研究由瑞士洛桑联邦理工学院的朱利亚·桑托尼团队完成，相关成果发表在《自然》和《科学》杂志上。