bản tóm tắt: Một nghiên cứu mới tiết lộ rằng trạng thái di truyền của tế bào thần kinh quyết định vai trò của chúng trong việc hình thành trí nhớ. Các tế bào thần kinh có trạng thái nhiễm sắc mở có nhiều khả năng được tuyển dụng vào con đường ghi nhớ hơn, cho thấy hoạt động điện cao hơn trong quá trình học tập.

Các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc điều khiển các điều kiện di truyền này ở chuột có thể tăng cường hoặc làm suy giảm khả năng học tập. Khám phá này chuyển trọng tâm từ tính dẻo của khớp thần kinh sang các quá trình hạt nhân, mang đến những con đường mới đầy tiềm năng để điều trị rối loạn nhận thức.

Sự kiện chính:

1. Các tế bào thần kinh có trạng thái nhiễm sắc thể mở có nhiều khả năng tham gia vào quá trình hình thành trí nhớ hơn.
2. Thao tác trạng thái di truyền của tế bào thần kinh ở chuột có thể tăng cường hoặc làm suy giảm khả năng học tập.
3. Nghiên cứu này chuyển trọng tâm từ tính dẻo của khớp thần kinh sang các quá trình hạt nhân trong học tập.

nguồn: Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ ở Lausanne

Khi chúng ta hình thành một ký ức mới, não sẽ trải qua những thay đổi về thể chất và chức năng được gọi chung là “dấu vết ký ức”. Dấu vết trí nhớ thể hiện các mô hình hoạt động cụ thể và sự thay đổi cấu trúc của tế bào thần kinh xảy ra khi ký ức được hình thành và được ghi nhớ sau đó.

Nhưng làm thế nào bộ não “quyết định” tế bào thần kinh nào sẽ tham gia truy tìm trí nhớ? Các nghiên cứu cho thấy rằng tính dễ bị kích thích vốn có của tế bào thần kinh đóng một vai trò nào đó, nhưng quan điểm học tập được chấp nhận hiện nay đã bỏ qua việc xem xét bên trong trung tâm chỉ huy của chính tế bào thần kinh hoặc nhân của nó. Hạt nhân dường như chứa đựng cả một chiều không gian khác chưa được khám phá: biểu sinh.

Trong mỗi tế bào của một sinh vật, vật liệu di truyền được mã hóa bởi DNA là giống nhau, tuy nhiên các loại tế bào khác nhau tạo nên cơ thể, chẳng hạn như tế bào da, tế bào thận hoặc tế bào thần kinh, mỗi loại biểu hiện một bộ gen khác nhau. Biểu sinh là cơ chế mà tế bào kiểm soát hoạt động của gen mà không làm thay đổi trình tự DNA.

Giờ đây, các nhà khoa học từ EPFL, dẫn đầu bởi nhà thần kinh học Johannes Graf, đã khám phá liệu biểu sinh có thể ảnh hưởng đến khả năng các tế bào thần kinh sẽ được chọn để hình thành trí nhớ hay không.

Nghiên cứu của họ trên chuột, hiện được công bố trên Khoa họcCó vẻ như trạng thái di truyền của tế bào thần kinh là chìa khóa cho vai trò của nó trong việc mã hóa bộ nhớ.

Graf cho biết: “Chúng tôi đang làm sáng tỏ bước đầu tiên trong quá trình hình thành trí nhớ từ cấp độ DNA”.

Graf và nhóm của ông tự hỏi liệu các yếu tố di truyền có thể ảnh hưởng đến chức năng “bộ nhớ” của tế bào thần kinh hay không. Một tế bào thần kinh có thể mở về mặt di truyền khi DNA bên trong nhân của nó lỏng lẻo hoặc lỏng lẻo. Chúng có thể được đóng lại khi DNA nhỏ gọn và chặt chẽ.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng các tế bào mở có nhiều khả năng được tuyển vào “dấu vết trí nhớ”, nhóm tế bào thần kinh thưa thớt trong não thể hiện hoạt động điện khi học điều gì đó mới. Trên thực tế, tế bào thần kinh ở trạng thái nhiễm sắc mở hơn cũng là những tế bào có hoạt động điện cao hơn.

Các nhà khoa học tại Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ ở Lausanne sau đó đã sử dụng một loại virus để cung cấp các enzym di truyền nhằm kích thích các tế bào thần kinh mở ra một cách nhân tạo. Họ phát hiện ra rằng những con chuột họ thử nghiệm học tốt hơn nhiều. Khi các nhà khoa học sử dụng phương pháp ngược lại để tắt DNA của tế bào thần kinh, khả năng học hỏi của chuột bị loại bỏ.

Những phát hiện này mở ra những cách hiểu mới về việc học tập liên quan đến nhân của tế bào thần kinh và một ngày nào đó thậm chí có thể dẫn đến một loại thuốc để cải thiện việc học tập. Như Graf giải thích: “Họ rời xa quan điểm khoa học thần kinh phổ biến về học tập và trí nhớ vốn nhấn mạnh tầm quan trọng của tính dẻo của khớp thần kinh và tập trung trở lại vào những gì xảy ra bên trong nhân của tế bào thần kinh, trên DNA của nó.

“Điều này đặc biệt quan trọng vì nhiều chứng rối loạn nhận thức như bệnh Alzheimer và PTSD được đặc trưng bởi các cơ chế di truyền bị lỗi.”

Về tin tức này liên quan đến nghiên cứu trí nhớ và di truyền

tác giả: Nick Papageorgiou
nguồn: Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ ở Lausanne
giao tiếp: Nick Papageorgiou – EPFL
hình ảnh: Hình ảnh lấy từ Tin tức khoa học thần kinh

Tìm kiếm ban đầu: Quyền truy cập đã bị đóng.
“Độ dẻo của chất nhiễm sắc quyết định khả năng hoạt động của tế bào thần kinh trong việc hình thành dấu vết trí nhớ“Bởi Johannes Graf và cộng sự.” Khoa học

---

một bản tóm tắt

Độ dẻo của chất nhiễm sắc quyết định khả năng thích ứng của tế bào thần kinh trong việc hình thành dấu vết trí nhớ

giới thiệu

Trong quá trình phát triển, biến thể di truyền tạo ra các loại tế bào khác nhau với các chức năng khác nhau. Bằng cách đưa ra các hướng dẫn liên tục để kích hoạt và vô hiệu hóa các locus gen nhằm kích thích các tầng tín hiệu cụ thể, các cơ chế biểu sinh đóng một vai trò then chốt trong sự cam kết của dòng dõi và sự biệt hóa tế bào. Tuy nhiên, vẫn chưa rõ liệu độ dẻo của chất nhiễm sắc có vai trò quan trọng không kém trong việc phát triển các chức năng động trong các tế bào biệt hóa hoàn toàn, chẳng hạn như tế bào thần kinh trưởng thành.

Một trong những tính năng thú vị nhất của tế bào thần kinh là khả năng mã hóa thông tin. Điều đáng chú ý là bộ não chỉ triển khai một tập hợp con tế bào thần kinh cho mỗi phần thông tin mới được lưu, điều đó có nghĩa là ngay cả trong cùng một loại tế bào phát triển cụ thể, không phải tất cả tế bào thần kinh đều có khả năng mã hóa thông tin tại bất kỳ thời điểm nào.

Cơ sở lý luận

Sự phụ thuộc của sự hình thành trí nhớ vào sự chọn lọc thần kinh khiến chúng tôi tự hỏi liệu cấu trúc nhiễm sắc thể có thể đủ không đồng nhất, trong số các đặc điểm nhận dạng tế bào có vẻ đồng nhất, để chỉ đạo mã hóa thông tin hay không. Cụ thể, liệu độ dẻo của chất nhiễm sắc được tăng cường có thể là động lực thúc đẩy để chuẩn bị cho các tế bào thần kinh lựa chọn ưu tiên cho việc hình thành trí nhớ hay không vẫn còn phải xem.

kết quả

Bằng cách tập trung vào amygdala bên của chuột, một vùng não quan trọng chịu trách nhiệm mã hóa các dạng trí nhớ liên kết, chúng tôi đã phát hiện ra rằng các tế bào thần kinh bị kích thích ở đó thực sự biểu hiện tính dẻo của chất nhiễm sắc không đồng nhất và hơn nữa, các tế bào được ưu tiên tuyển dụng vào các tế bào thần kinh kích hoạt học tập đã được làm giàu histone Hyperacetylated , một biến đổi gen có rất nhiều trong não.

Để kiểm tra mối liên hệ này giữa độ dẻo của chất nhiễm sắc và mã hóa thông tin, tiếp theo chúng tôi điều chỉnh mức độ acetyl hóa histone bằng cách tăng hoặc giảm histone acetyltransferase trong các tế bào thần kinh này. Chúng tôi nhận thấy rằng việc đạt được chức năng của tính dẻo biểu sinh qua trung gian acetyl hóa histone đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc tuyển dụng các tế bào thần kinh vào dấu vết bộ nhớ trong khi việc mất chức năng của chúng sẽ ngăn cản việc phân bổ bộ nhớ.

Quan tâm đến các cơ chế phân tử làm cơ sở cho sự lựa chọn này, tiếp theo chúng tôi đã thực hiện giải trình tự đa nhân đơn nhân để đánh giá đồng thời khả năng tiếp cận của chất nhiễm sắc và những thay đổi biểu hiện gen xảy ra trong các tế bào thần kinh chuyển gen.

Những kết quả này cho thấy khả năng tiếp cận hoặc biểu hiện nhiễm sắc thể tăng lên ở các locus gen có liên quan chặt chẽ với độ dẻo cấu trúc và khớp thần kinh, cũng như tính dễ bị kích thích của tế bào thần kinh, được xác định là một quá trình sinh lý quan trọng để mã hóa thông tin. Theo đó, chúng tôi thấy rằng độ dẻo của chất nhiễm sắc tăng lên cũng dẫn đến sự gia tăng tính dễ bị kích thích thần kinh nội tại và tăng cường tái cấu trúc khớp thần kinh cấu trúc và chức năng.

Để một quy trình thực sự có thể tác động đến việc phân bổ bộ nhớ, nó cũng phải hỗ trợ việc duy trì bộ nhớ. Để đạt được mục đích này, chúng tôi đã thử nghiệm những con chuột được tiêm protein HAT vào điều kiện sợ hãi Pavlovian, một loại trí nhớ liên kết và nhận thấy rằng chúng cho thấy trí nhớ sợ hãi mạnh hơn đáng kể – hiệu ứng kéo dài đến 8 ngày. Điều đáng chú ý là việc làm im lặng các tế bào thần kinh chuyển gen bằng ánh sáng đã ngăn chặn việc thu hồi trí nhớ sợ hãi, điều này cho thấy mối quan hệ độc lập giữa độ dẻo của chất nhiễm sắc và sự hình thành dấu vết trí nhớ.

Cuối cùng, bằng cách kết hợp các công cụ truyền năng lượng cộng hưởng Forster (FRET) và hình ảnh canxi trong các tế bào thần kinh đơn lẻ, chúng tôi đã phát hiện ra rằng mối quan hệ giữa độ dẻo của chất nhiễm sắc và tính dễ bị kích thích của tế bào thần kinh nội tại xảy ra nội sinh, độc lập với tế bào và trong thời gian thực.

Phần kết luận

Kết quả của chúng tôi cho thấy rằng tính đủ điều kiện của một tế bào thần kinh để tuyển dụng vào con đường trí nhớ phụ thuộc vào trạng thái biểu sinh của nó trước khi học, do đó xác định độ dẻo của chất nhiễm sắc là một dạng dẻo mới quan trọng đối với mã hóa thông tin. Do đó, cảnh quan biểu sinh của tế bào thần kinh có thể đại diện cho một mô hình thích ứng có khả năng đăng ký và tích hợp các tín hiệu môi trường một cách năng động nhưng lâu dài.