ملخص: كشفت دراسة جديدة أن الحالة اللاجينية للخلايا العصبية تحدد دورها في تكوين الذاكرة. من المرجح أن يتم دمج الخلايا العصبية ذات حالات الكروماتين المفتوحة في آثار الذاكرة وتظهر نشاطًا كهربائيًا أكبر أثناء التعلم.
لقد أثبت الباحثون أن التلاعب بهذه الحالات اللاجينية في الفئران يمكن أن يحسن التعلم أو يضعفه. يحول هذا الاكتشاف التركيز من اللدونة التشابكية إلى العمليات النووية، مما يوفر طرقًا جديدة محتملة لعلاج الاضطرابات المعرفية.
مفتاح الحقائق:
- من المرجح أن تشارك الخلايا العصبية ذات حالات الكروماتين المفتوحة في تكوين الذاكرة.
- إن التلاعب بالحالة اللاجينية للخلايا العصبية في الفئران يمكن أن يعزز التعلم أو يضعفه.
- يحول هذا البحث التركيز من اللدونة المشبكية إلى العمليات النووية في التعلم.
مصدر: EPFL
عندما نقوم بإنشاء ذاكرة جديدة، يخضع الدماغ لتغيرات جسدية ووظيفية، تُعرف مجتمعة باسم “أثر الذاكرة”. يشير تتبع الذاكرة إلى أنماط نشاط محددة وتغيرات هيكلية في الخلايا العصبية التي تحدث عند تكوين الذاكرة ثم استرجاعها.
ولكن كيف “يقرر” الدماغ الخلايا العصبية التي ستشارك في تتبع الذاكرة؟ تشير الدراسات إلى أن الاستثارة الجوهرية للخلايا العصبية تلعب دورًا، لكن وجهة النظر المقبولة حاليًا للتعلم تهمل النظر إلى داخل مركز قيادة الخلية العصبية، أي نواتها. في الجنين، هناك بعد آخر غير مستكشف: علم الوراثة اللاجينية.
داخل كل خلية في كائن حي معين، تكون المادة الوراثية المشفرة بواسطة الحمض النووي هي نفسها، لكن الخلايا المختلفة التي يتكون منها الجسم، مثل خلايا الجلد أو خلايا الكلى أو الخلايا العصبية، تعبر كل منها عن مجموعة مختلفة من الجينات. علم الوراثة اللاجينية هو الآلية التي تحدد كيفية تنظيم الخلايا لهذا النشاط الجيني دون تغيير تسلسل الحمض النووي.
الآن، قام علماء من EPFL، بقيادة عالم الأعصاب يوهانس غراف، بالتحقيق فيما إذا كان علم الوراثة اللاجينية يمكن أن يؤثر على قابلية خلايا عصبية مختارة لتكوين الذاكرة.
وقد تم مؤخراً نشر أبحاثهم حول الفئران علوميُظهر أن الحالة اللاجينية للخلية العصبية مهمة لدورها في تشفير الذاكرة.
يقول غراف: “إننا نلقي الضوء على المراحل الأولى لتكوين الذاكرة من المستوى المتمركز حول الحمض النووي”.
وتساءل غراف وفريقه عما إذا كانت العوامل اللاجينية يمكن أن تؤثر على وظيفة “التذكير” للخلايا العصبية. عندما يتم فك أو تخفيف الحمض النووي الموجود داخل نواة الخلية العصبية، يمكن فتحه جينيًا؛ يتم إغلاق الحمض النووي عندما يكون مدمجًا ومشدودًا.
ووجدوا أن الاحتمالات مفتوحة للتجنيد في “أثر الذاكرة”، وهي مجموعة متفرقة من الخلايا العصبية في الدماغ تظهر نشاطًا كهربائيًا عند تعلم شيء جديد. وفي الواقع، أظهرت الخلايا العصبية التي كانت في حالة كروماتين أكثر انفتاحًا نشاطًا كهربائيًا أعلى.
استخدم علماء EPFL فيروسًا لتوصيل الإنزيمات اللاجينية للحث بشكل مصطنع على انفتاح الخلايا العصبية. ووجدوا أن الفئران المقابلة تعلمت بشكل أفضل بكثير. وعندما استخدم العلماء النهج المعاكس لإيقاف الحمض النووي للخلايا العصبية، تم إبطال قدرة الفئران على التعلم.
تفتح هذه النتائج طرقًا جديدة لفهم التعلم الذي يتضمن نواة الخلايا العصبية، وقد تؤدي يومًا ما إلى تطوير أدوية لتحسين التعلم. وكما يوضح جراف: “إنهم يبتعدون عن وجهة النظر العصبية السائدة حول التعلم والذاكرة، والتي تركز على أهمية اللدونة التشابكية، وتضع تركيزًا جديدًا على ما يحدث داخل نواة الخلية العصبية في الحمض النووي الخاص بها.
“هذا مهم بشكل خاص، بالنظر إلى أن العديد من الاضطرابات المعرفية مثل مرض الزهايمر واضطراب ما بعد الصدمة تتميز بانحراف الآليات اللاجينية.”
حول أخبار أبحاث الذاكرة وعلم الوراثة
مؤلف: نيك باباجورجيو
مصدر: EPFL
اتصال: نيك باباجورجيو – EPFL
صورة: يُنسب الفيلم إلى Neuronews
البحث الأصلي: وصول مغلق.
“تحدد مرونة الكروماتين مسبقًا اللياقة العصبية لتكوين أثر الذاكرةيوهانس غراف وآخرون. علوم
ملخص
تحدد مرونة الكروماتين مسبقًا اللياقة العصبية لتكوين أثر الذاكرة
مقدمة
أثناء التطور، يؤدي عدم التجانس اللاجيني إلى ظهور أنواع مختلفة من الخلايا ذات وظائف مختلفة. تلعب الآليات اللاجينية دورًا مهمًا في التزام النسب والتمايز الخلوي عن طريق تنشيط وإلغاء تنشيط المواقع الجينومية لتحفيز مجموعات إشارات محددة. ومع ذلك، ما إذا كانت مرونة الكروماتين تلعب دورًا لا يقل أهمية في تطوير الوظائف الديناميكية في الخلايا المتمايزة تمامًا مثل الخلايا العصبية البالغة، تظل بعيدة المنال.
إحدى الميزات الأكثر إثارة للاهتمام للخلايا العصبية هي قدرتها على تشفير المعلومات. والجدير بالذكر أن الدماغ يستخدم فقط مجموعة فرعية من خلاياه العصبية لكل معلومة جديدة يتم حفظها، مما يشير إلى أنه ليست كل الخلايا العصبية مناسبة بشكل متساوٍ لترميز المعلومات في أي وقت، حتى داخل نفس نوع الخلية المحددة تطوريًا.
منطق
إن اعتماد تكوين الذاكرة على الانتقاء العصبي قادنا إلى التساؤل عما إذا كانت بنية الكروماتين يمكن أن تكون غير متجانسة بما فيه الكفاية بين الهويات الخلوية المماثلة لدفع تشفير المعلومات. وبشكل أكثر تحديدًا، ما إذا كانت مرونة الكروماتين المحسنة يمكن أن تكون قوة تحفيزية للخلايا العصبية الأولية لتحديد أولويات تكوين الذاكرة.
نتائج
وبالتركيز على اللوزة الدماغية الجانبية للفأر، وهي منطقة دماغية رئيسية مسؤولة عن تشفير أنواع فرعية من الذاكرة، وجدنا أن الخلايا العصبية الاستثارية تظهر بالفعل مرونة كروماتينية غير متجانسة، وأن الخلايا العصبية المنشَّطة بالتعلم يتم إثراءها بشكل تفضيلي لفرط النشاط. ، تعديل جيني وفير في الدماغ.
لتفعيل هذا الارتباط بين لدونة الكروماتين وترميز المعلومات، قمنا بالتلاعب بمستويات أستلة الهيستون عن طريق زيادة أو تقليل ناقلات أسيتيل الهيستون (HATs) في هذه الخلايا العصبية. لقد وجدنا أن اكتساب وظيفة اللدونة اللاجينية بوساطة أستلة الهيستون سهّل تجنيد الخلايا العصبية في أثر الذاكرة، في حين أن فقدانها لوظيفتها أدى إلى تثبيط تخصيص الذاكرة.
نظرًا لاهتمامنا بالآليات الجزيئية الكامنة وراء هذا الاختيار، أجرينا بعد ذلك تسلسلًا متعدد النواة أحادي النواة للتقييم المتزامن لإمكانية الوصول إلى الكروماتين وتغيرات التعبير الجيني التي تحدث في الخلايا العصبية المتغيرة جينيًا.
كشفت هذه النتائج عن إمكانية الوصول إلى الكروماتين أو زيادة التعبير في المواقع الجينومية المرتبطة ارتباطًا وثيقًا باللدونة الهيكلية والمشبكية واستثارة الخلايا العصبية، والتي تم تحديدها على أنها عملية فسيولوجية مهمة لترميز المعلومات. وبناء على ذلك، أدت زيادة مرونة الكروماتين إلى زيادة في استثارة الخلايا العصبية الجوهرية وتعزيز إعادة تشكيل التشابك الهيكلي والوظيفي.
للتأهل حقًا كعملية تؤثر على تخصيص الذاكرة، يجب أيضًا أن تدعم الاحتفاظ بالذاكرة. ولتحقيق هذه الغاية، قمنا باختبار الفئران المحقونة بـ HAT في تكييف الخوف البافلوفي، وهو نوع من الذاكرة الترابطية، ووجدنا أنها أظهرت ذاكرة خوف أقوى بكثير، وهو تأثير استمر لمدة تصل إلى ثمانية أيام. والجدير بالذكر أن إسكات الخلايا العصبية المتغيرة وراثيا منع استدعاء ذاكرة الخوف، مما يشير إلى وجود علاقة مستقلة عن الخلية بين لدونة الكروماتين وتكوين أثر الذاكرة.
أخيرًا، من خلال الجمع بين أدوات نقل طاقة الرنين فورستر (FRET) وتصوير الكالسيوم في الخلايا العصبية المفردة، كشفنا أن العلاقة بين لدونة الكروماتين واستثارة الخلايا العصبية الداخلية هي علاقة داخلية، مستقلة عن الخلية، وتحدث في الوقت الفعلي.
خاتمة
تظهر النتائج التي توصلنا إليها أن أهلية الخلية العصبية ليتم تضمينها في تتبع الذاكرة تعتمد على حالتها اللاجينية قبل التعلم، وبالتالي تحديد مرونة الكروماتين كشكل جديد من اللدونة المهم لتشفير المعلومات. قد يمثل المشهد اللاجيني للخلية العصبية قالبًا تكيفيًا ديناميكيًا، ولكنه طويل الأمد، لتسجيل الإشارات البيئية ودمجها.
