A genética revela os segredos da formação da memória

resumo: Um novo estudo revela que o estado genético dos neurônios determina o seu papel na formação da memória. Neurônios com estados de cromatina abertos têm maior probabilidade de serem recrutados para vias de memória, apresentando maior atividade elétrica durante o aprendizado.

Os investigadores demonstraram que a manipulação destas condições genéticas em ratos pode melhorar ou prejudicar a aprendizagem. Esta descoberta muda o foco da plasticidade sináptica para os processos nucleares, proporcionando novos caminhos potenciais para o tratamento de distúrbios cognitivos.

Principais fatos:

1. Neurônios com estados de cromatina abertos têm maior probabilidade de estar envolvidos na formação da memória.
2. Manipular o estado genético dos neurônios em camundongos pode melhorar ou prejudicar o aprendizado.
3. Esta pesquisa muda o foco da plasticidade sináptica para os processos nucleares na aprendizagem.

fonte: Instituto Federal Suíço de Tecnologia em Lausanne

Quando formamos uma nova memória, o cérebro passa por mudanças físicas e funcionais conhecidas coletivamente como “traço de memória”. Um traço de memória representa os padrões específicos de atividade e modificações estruturais dos neurônios que ocorrem quando uma memória é formada e posteriormente lembrada.

Mas como o cérebro “decide” quais neurônios participarão do rastreamento da memória? Estudos sugerem que a excitabilidade inerente dos neurónios desempenha um papel, mas a visão de aprendizagem actualmente aceite tem negligenciado a consideração do centro de comando do próprio neurónio, ou do seu núcleo. O núcleo parece conter toda uma outra dimensão que não foi explorada: a epigenética.

Dentro de cada célula de um organismo, o material genético codificado pelo DNA é o mesmo, mas os diferentes tipos de células que constituem o corpo, como células da pele, células renais ou células nervosas, expressam cada um um conjunto diferente de genes. Epigenética é o mecanismo pelo qual as células controlam a atividade genética sem alterar a sequência do DNA.

Agora, cientistas da EPFL, liderados pelo neurocientista Johannes Graf, exploraram se a epigenética pode influenciar a probabilidade de os neurónios serem seleccionados para formar a memória.

Sua pesquisa com ratos, agora publicada em CiênciasParece que o estado genético de um neurônio é fundamental para o seu papel na codificação da memória.

“Estamos lançando luz sobre o primeiro passo na formação da memória a partir do nível do DNA”, diz Graf.

Graf e sua equipe se perguntaram se fatores genéticos poderiam influenciar a função de “memória” do neurônio. Uma célula nervosa pode estar geneticamente aberta quando o DNA dentro de seu núcleo está solto ou solto. Eles podem estar fechados quando o DNA é compacto e compacto.

Os pesquisadores descobriram que as células abertas eram mais propensas a serem recrutadas para o “traço de memória”, o grupo esparso de neurônios no cérebro que mostram atividade elétrica quando aprendem algo novo. Na verdade, os neurônios que estavam em um estado de cromatina mais aberta também foram as células que apresentaram maior atividade elétrica.

Cientistas do Instituto Federal Suíço de Tecnologia em Lausanne usaram então um vírus para fornecer enzimas genéticas para estimular artificialmente a abertura dos neurônios. Eles descobriram que os ratos testados aprenderam muito melhor. Quando os cientistas usaram a abordagem oposta para desligar o DNA dos neurônios, a capacidade de aprendizagem dos ratos foi eliminada.

As descobertas abrem novas formas de compreender a aprendizagem que envolve o núcleo de um neurônio e podem um dia até levar a um medicamento para melhorar a aprendizagem. Como explica Graf: “Eles se afastam da visão predominante da neurociência sobre aprendizagem e memória, que enfatiza a importância da plasticidade sináptica, e colocam o foco novamente no que acontece dentro do núcleo de um neurônio, em seu DNA.

“Isto é particularmente importante, porque muitos distúrbios cognitivos, como a doença de Alzheimer e o TEPT, são caracterizados por mecanismos genéticos defeituosos”.

Sobre esta notícia relacionada à pesquisa de memória e genética

autor: Nick Papageorgiou
fonte: Instituto Federal Suíço de Tecnologia em Lausanne
comunicação: Nick Papageorgiou – EPFL
foto: Imagem retirada do Neuroscience News

Pesquisa original: O acesso está fechado.
“A plasticidade da cromatina predetermina a aptidão dos neurônios para formar traços de memória“Por Johannes Graf et al.” Ciências

um resumo

A plasticidade da cromatina predetermina a aptidão dos neurônios para formar traços de memória

introdução

Durante o desenvolvimento, a variação genética dá origem a diferentes tipos de células com funções diferentes. Ao emitir instruções constantes para ativar e inativar loci genômicos para estimular cascatas de sinalização específicas, os mecanismos epigenéticos desempenham um papel fundamental no comprometimento da linhagem e na diferenciação celular. No entanto, ainda não está claro se a plasticidade da cromatina desempenha um papel igualmente importante no desenvolvimento de funções dinâmicas em células totalmente diferenciadas, como os neurônios adultos.

Uma das características mais interessantes dos neurônios é a sua capacidade de codificar informações. Vale a pena notar que o cérebro utiliza apenas um subconjunto de neurónios para cada nova informação que é guardada, o que significa que mesmo dentro do mesmo tipo de células específicas do desenvolvimento, nem todos os neurónios são capazes de codificar informação num determinado momento.

Justificativa

A dependência da formação da memória na seleção neural nos fez pensar se a estrutura da cromatina poderia ser suficientemente heterogênea, entre identidades celulares aparentemente homogêneas, para direcionar a codificação da informação. Especificamente, ainda não se sabe se a plasticidade aumentada da cromatina pode ser uma força motivadora para preparar os neurônios para a seleção preferencial para a formação de memória.

resultados

Ao nos concentrarmos na amígdala lateral do camundongo, uma região-chave do cérebro responsável pela codificação de formas associativas de memória, descobrimos que os neurônios excitatórios nela de fato exibem plasticidade da cromatina heterogênea e, além disso, que as células que foram preferencialmente recrutadas em neurônios ativados por aprendizagem foram enriquecidas com histonas hiperacetiladas. , uma modificação genética abundante no cérebro.

Para testar essa ligação entre a plasticidade da cromatina e a codificação da informação, em seguida manipulamos os níveis de acetilação das histonas aumentando ou diminuindo a histona acetiltransferase nesses neurônios. Descobrimos que o ganho de função da plasticidade epigenética mediado pela acetilação de histonas facilitou o recrutamento de neurônios para o traço de memória, enquanto a perda de sua função impediu a alocação de memória.

Interessados ​​nos mecanismos moleculares subjacentes a esta seleção, em seguida realizamos o sequenciamento multiplex de núcleo único para avaliar simultaneamente a acessibilidade da cromatina e as alterações na expressão gênica que ocorrem em neurônios transgênicos.

Estes resultados revelaram maior acessibilidade ou expressão da cromatina em loci genômicos intimamente associados à plasticidade estrutural e sináptica, bem como à excitabilidade neuronal, que foi identificada como um importante processo fisiológico para a codificação de informações. Assim, descobrimos que o aumento da plasticidade da cromatina também levou ao aumento da excitabilidade neuronal intrínseca e melhorou a remodelação estrutural e funcional das sinapses.

Para que um processo seja realmente capaz de influenciar a alocação de memória, ele também deve suportar a retenção de memória. Para este fim, testamos ratos injetados com a proteína HAT no condicionamento do medo Pavloviano, um tipo de memória associativa, e descobrimos que eles mostraram uma memória do medo significativamente mais forte – um efeito que durou até oito dias. Vale a pena notar que o silenciamento de neurônios transgênicos com luz evitou a recuperação da memória do medo, o que indica uma relação independente entre a plasticidade da cromatina e a formação de traços de memória.

Finalmente, combinando as ferramentas de transferência de energia de ressonância de Förster (FRET) e imagens de cálcio em neurônios individuais, descobrimos que a relação entre a plasticidade da cromatina e a excitabilidade neuronal intrínseca ocorre de forma endógena, de forma independente da célula e em tempo real.

Conclusão

Nossos resultados mostram que a elegibilidade de um neurônio para recrutamento em uma via de memória depende do seu estado epigenético antes da aprendizagem, identificando assim a plasticidade da cromatina como uma nova forma de plasticidade importante para a codificação da informação. Assim, a paisagem epigenética do neurônio pode representar um modelo adaptativo capaz de registrar e integrar sinais ambientais de maneira dinâmica, porém duradoura.