神经科学家发现一种分子机制，允许记忆形成

当大脑形成新体验的记忆时，称为Engram细胞的神经元编码了内存的细节，并随后在我们回想起时会重新激活。一项新的MIT研究表明，该过程受细胞染色质的大规模重塑控制。

这种改建，允许特定基因参与存储记忆以变得更加活跃，发生在几天的多个阶段。染色质的密度和排列的变化是一种由DNA和称为组蛋白的蛋白质组成的高度压缩结构，可以控制给定细胞内的活性特异性基因。

麻省理工学院Picower的主任Li-huei Tsai说：“本文是第一个真正揭示了这种非常神秘的过程，即不同的基因浪潮如何激活，以及这些不同基因表达浪潮的表观遗传机制是什么。”学习和记忆和研究的高级作者。

麻省理工学院博士后的Asaf Marco是本文的主要作者，今天出现在自然神经科学。

表观基因组控制

在海马以及大脑的其他部位中发现了Engram细胞。许多最近的研究表明，这些细胞形成与特定记忆相关的网络，并且这些网络在该网络时被激活。记忆被召回。然而，这些记忆的编码和检索是基于的分子机制并没有得到很好的理解。

神经科学家知道，在记忆形成的第一阶段，在Engram细胞中打开了称为早期基因的基因，但是这些基因很快恢复到正常的活性水平。麻省理工学院团队想探索在此过程中以后发生的事情，以协调记忆的长期存储。

马可说：“记忆的形成和保存是一个非常微妙和协调的事件，在数小时内传播，甚至可能是几个月的 - 我们不确定。”“在此过程中，有几波基因表达和蛋白质合成，使神经元之间的连接更加强，更快。”

Tsai和Marco假设这些波可以通过表观基因组修饰来控制，这是染色质的化学改变，可以控制特定基因是否可以访问。Tsai实验室的先前研究表明，当使染色质无法访问的酶太活跃时，它们会干扰形成新记忆的能力。

为了研究随着时间的流逝，各个Engram细胞中发生的表观基因组变化，研究人员使用了基因工程的小鼠，在这些小鼠中，他们可以在形成记忆时用荧光蛋白在海马中永久标记海马中的细胞。这些小鼠受到了轻度的脚部冲击，他们学会了与他们受到冲击的笼子相关联。当这种记忆形成时，编码内存的海马细胞开始产生黄色的荧光蛋白标记。

马可说：“然后，我们可以永远跟踪这些神经元，我们可以将它们整理出来，并询问脚部震动后一小时发生什么事情，五天后发生了什么，以及当这些神经元在记忆召回中重新激活时会发生什么。”

在第一阶段，在形成记忆后，研究人员发现许多DNA区域都经历了染色质修饰。在这些区域中，染色质变得更宽松，使DNA变得更容易获得。令研究人员惊讶的是，几乎所有这些区域都处于未发现基因的DNA中。这些区域包含称为增强子的非编码序列，它们与基因相互作用以帮助它们打开。研究人员还发现，在这一早期，染色质修饰对基因表达没有任何影响。

然后，研究人员在记忆形成后五天分析了Engram细胞。他们发现，随着记忆在这五天内被合并或增强，增强剂周围的染色质的3-D结构发生了变化，使增强子更接近其靶基因。这仍然没有打开这些基因，但是当记忆记忆时，它会表达出来。

接下来，研究人员将一些小鼠放回了房间，在那里他们受到了脚部冲击，重新激活了可怕的记忆。在这些小鼠的Engram细胞中，研究人员发现启动增强子与靶基因经常相互作用，从而导致这些基因的表达激增。

在记忆回忆期间，许多基因都涉及促进蛋白质合成在突触时，帮助神经元加强与其他神经元的联系。研究人员还发现，神经元的树突（从其他神经元中接收意见的分支扩展）开发了更多的刺，并提供了进一步的证据，表明它们的联系得到了进一步的加强。

启动以表达

Marco说，这项研究是第一个证明记忆形成是由表观遗传学上启动增强子驱动的，以刺激记忆记忆时刺激基因表达。

“这是在分子层面上显示表观基因组如何启动以获得可访问性的第一部作品。首先，您使增强器更容易访问，但本身的可访问性不够。基因他说，这是第二阶段。我们现在意识到3-D基因组结构在编排基因表达中起着非常重要的作用。”

研究人员没有探索这些表观基因组修饰的长时间，但马可说，他认为他们可能会持续数周甚至几个月。他现在希望研究Engram的染色质细胞受阿尔茨海默氏病的影响。Tsai实验室的先前工作表明，使用HDAC抑制剂治疗阿尔茨海默氏症的小鼠模型，这是一种有助于重新开放的药物染色质，可以帮助恢复失去的记忆。

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