ringkasan: Sebuah studi baru mengungkapkan bahwa keadaan genetik neuron menentukan perannya dalam pembentukan memori. Neuron dengan keadaan kromatin terbuka lebih mungkin untuk direkrut ke jalur memori, menunjukkan aktivitas listrik yang lebih tinggi selama pembelajaran.

Para peneliti telah menunjukkan bahwa memanipulasi kondisi genetik pada tikus dapat meningkatkan atau mengganggu pembelajaran. Penemuan ini mengalihkan fokus dari plastisitas sinaptik ke proses nuklir, sehingga memberikan peluang baru untuk mengobati gangguan kognitif.

Fakta-fakta kunci:

1. Neuron dengan keadaan kromatin terbuka lebih mungkin terlibat dalam pembentukan memori.
2. Memanipulasi keadaan genetik neuron pada tikus dapat meningkatkan atau mengganggu pembelajaran.
3. Penelitian ini mengalihkan fokus dari plastisitas sinaptik ke proses nuklir dalam pembelajaran.

sumber: Institut Teknologi Federal Swiss di Lausanne

Saat kita membentuk memori baru, otak mengalami perubahan fisik dan fungsional yang dikenal sebagai “jejak memori”. Jejak memori mewakili pola aktivitas spesifik dan modifikasi struktural neuron yang terjadi ketika memori dibentuk dan kemudian diingat.

Tapi bagaimana otak “memutuskan” neuron mana yang akan berpartisipasi dalam penelusuran memori? Studi menunjukkan bahwa rangsangan yang melekat pada neuron memainkan peran, namun pandangan pembelajaran yang diterima saat ini telah mengabaikan mempertimbangkan pusat komando neuron itu sendiri, atau nukleusnya. Inti atom tampaknya mengandung dimensi lain yang belum dieksplorasi: epigenetika.

Di dalam setiap sel suatu organisme, materi genetik yang dikodekan oleh DNA adalah sama, namun berbagai jenis sel yang membentuk tubuh, seperti sel kulit, sel ginjal, atau sel saraf, masing-masing mengekspresikan serangkaian gen yang berbeda. Epigenetika adalah mekanisme dimana sel mengontrol aktivitas gen tanpa mengubah urutan DNA.

Kini, para ilmuwan dari EPFL, yang dipimpin oleh ahli saraf Johannes Graf, telah menyelidiki apakah epigenetika dapat mempengaruhi kemungkinan bahwa neuron akan dipilih untuk membentuk memori.

Penelitian mereka terhadap tikus, kini dipublikasikan di SainsTampaknya keadaan genetik suatu neuron adalah kunci perannya dalam pengkodean memori.

“Kami menyoroti langkah pertama dalam pembentukan memori dari tingkat DNA,” kata Graf.

Graf dan timnya bertanya-tanya apakah faktor genetik mungkin mempengaruhi fungsi “memori” neuron. Sebuah sel saraf mungkin terbuka secara genetik ketika DNA di dalam nukleusnya longgar atau longgar. Mereka mungkin tertutup ketika DNA kompak dan rapat.

Para peneliti menemukan bahwa sel-sel terbuka lebih mungkin untuk direkrut ke dalam “jejak memori”, yaitu kelompok neuron yang jarang di otak yang menunjukkan aktivitas listrik ketika mempelajari sesuatu yang baru. Faktanya, neuron yang berada dalam keadaan kromatin lebih terbuka juga merupakan sel yang menunjukkan aktivitas listrik lebih tinggi.

Para ilmuwan di Institut Teknologi Federal Swiss di Lausanne kemudian menggunakan virus untuk mengirimkan enzim genetik untuk merangsang pembukaan neuron secara artifisial. Mereka menemukan bahwa tikus yang mereka uji belajar lebih baik. Ketika para ilmuwan menggunakan pendekatan sebaliknya untuk mematikan DNA neuron, kemampuan tikus untuk belajar pun hilang.

Temuan ini membuka cara baru dalam memahami pembelajaran yang melibatkan inti neuron, dan suatu hari nanti mungkin akan mengarah pada obat untuk meningkatkan pembelajaran. Seperti yang dijelaskan Graf: “Mereka beralih dari pandangan ilmu saraf tentang pembelajaran dan memori yang menekankan pentingnya plastisitas sinaptik, dan mengembalikan fokus pada apa yang terjadi di dalam inti neuron, pada DNA-nya.

“Hal ini sangat penting, karena banyak gangguan kognitif seperti penyakit Alzheimer dan PTSD ditandai dengan mekanisme genetik yang salah.”

Tentang berita ini terkait penelitian memori dan genetika

pengarang: Nick Papageorgiou
sumber: Institut Teknologi Federal Swiss di Lausanne
komunikasi: Nick Papageorgiou – EPFL
gambar: Gambar diambil dari Berita Neuroscience

Pencarian asli: Akses ditutup.
“Plastisitas kromatin menentukan kesesuaian neuron untuk membentuk jejak memori“Oleh Johannes Graf dkk.” Sains

ringkasan

Plastisitas kromatin menentukan kesesuaian neuron untuk membentuk jejak memori

perkenalan

Selama perkembangan, variasi genetik memunculkan berbagai jenis sel dengan fungsi berbeda. Dengan mengeluarkan instruksi terus-menerus untuk mengaktifkan dan menonaktifkan lokus genom guna merangsang kaskade sinyal spesifik, mekanisme epigenetik memainkan peran penting dalam komitmen garis keturunan dan diferensiasi seluler. Namun, masih belum jelas apakah plastisitas kromatin memainkan peran yang sama pentingnya dalam pengembangan fungsi dinamis dalam sel yang berdiferensiasi penuh, seperti neuron dewasa.

Salah satu fitur paling menarik dari neuron adalah kemampuannya untuk menyandikan informasi. Perlu dicatat bahwa otak hanya menyebarkan sebagian neuron untuk setiap informasi baru yang disimpan, yang berarti bahwa bahkan dalam jenis sel perkembangan spesifik yang sama, tidak semua neuron mampu mengkodekan informasi pada waktu tertentu.

Alasan

Ketergantungan pembentukan memori pada seleksi saraf membuat kita bertanya-tanya apakah struktur kromatin mungkin cukup heterogen, di antara identitas seluler yang tampaknya homogen, untuk mengarahkan pengkodean informasi. Secara khusus, apakah peningkatan plastisitas kromatin dapat menjadi kekuatan motivasi untuk mempersiapkan neuron untuk seleksi preferensial untuk pembentukan memori masih harus dilihat.

hasil

Dengan berfokus pada amigdala lateral tikus, wilayah otak utama yang bertanggung jawab untuk mengkode bentuk memori asosiatif, kami menemukan bahwa neuron rangsang di dalamnya memang menunjukkan plastisitas kromatin heterogen dan, terlebih lagi, bahwa sel-sel yang secara istimewa direkrut ke dalam neuron yang diaktifkan pembelajaran diperkaya dengan histone hiperasetilasi. , modifikasi genetik yang melimpah di otak.

Untuk menguji hubungan antara plastisitas kromatin dan pengkodean informasi, kami selanjutnya memanipulasi tingkat asetilasi histon dengan meningkatkan atau menurunkan histon asetiltransferase dalam neuron ini. Kami menemukan bahwa perolehan fungsi plastisitas epigenetik yang dimediasi oleh asetilasi histon memfasilitasi perekrutan neuron ke jejak memori sementara hilangnya fungsinya mencegah alokasi memori.

Tertarik dengan mekanisme molekuler yang mendasari pemilihan ini, kami selanjutnya melakukan pengurutan inti tunggal multipleks untuk secara bersamaan menilai aksesibilitas kromatin dan perubahan ekspresi gen yang terjadi pada neuron transgenik.

Hasil ini mengungkapkan peningkatan aksesibilitas atau ekspresi kromatin di lokus genom yang terkait erat dengan plastisitas struktural dan sinaptik, serta rangsangan saraf, yang telah diidentifikasi sebagai proses fisiologis penting untuk pengkodean informasi. Oleh karena itu, kami menemukan bahwa peningkatan plastisitas kromatin juga menyebabkan peningkatan rangsangan saraf intrinsik dan peningkatan remodeling sinapsis struktural dan fungsional.

Agar suatu proses benar-benar dapat mempengaruhi alokasi memori, proses tersebut juga harus mendukung retensi memori. Untuk mencapai tujuan ini, kami menguji tikus yang disuntik dengan protein HAT pada pengkondisian rasa takut Pavlovian, sejenis memori asosiatif, dan menemukan bahwa mereka menunjukkan memori rasa takut yang jauh lebih kuat – sebuah efek yang bertahan hingga delapan hari. Perlu dicatat bahwa membungkam neuron transgenik dengan cahaya mencegah ingatan akan rasa takut, yang menunjukkan hubungan independen antara plastisitas kromatin dan pembentukan jejak memori.

Akhirnya, dengan menggabungkan alat transfer energi resonansi Förster (FRET) dan pencitraan kalsium dalam neuron tunggal, kami menemukan bahwa hubungan antara plastisitas kromatin dan rangsangan saraf intrinsik terjadi secara endogen, tidak bergantung pada sel, dan dalam waktu nyata.

Kesimpulan

Hasil kami menunjukkan bahwa kelayakan neuron untuk direkrut ke dalam jalur memori bergantung pada keadaan epigenetiknya sebelum pembelajaran, sehingga mengidentifikasi plastisitas kromatin sebagai bentuk plastisitas baru yang penting untuk pengkodean informasi. Dengan demikian, lanskap epigenetik neuron dapat mewakili model adaptif yang mampu mencatat dan mengintegrasikan sinyal lingkungan secara dinamis namun bertahan lama.