Az emlékek biológiája és szabályozása régóta izgatja a tudósokat, de most először sikerült közvetlenül befolyásolni egyetlen gén epigenetikai állapotának megváltoztatásával a memória erősségét. A svájci EPFL kutatóinak legújabb tanulmánya forradalmi betekintést nyújt abba, hogyan lehet a memória kialakulását és felidézését egyetlen gén, az Arc epigenetikai „kapcsolójának” manipulálásával szabályozni.
A memória és az epigenetika kapcsolata
Az emberi agyban az élmények nyomot hagynak kis sejtcsoportokban, úgynevezett engramokban. Ezek a sejtek tárolják az adott emlék információit, és aktiválódnak, amikor felidézzük azt. Az engramok vizsgálata kulcsfontosságú a memória működésének megértésében, különösen az életkorral vagy traumákkal összefüggő memóriazavarok esetén.
Ezzel párhuzamosan ismert, hogy a tanulás biológiai folyamatait epigenetikai változások kísérik. Az epigenetika olyan mechanizmusokat takar, amelyek során a sejtek kémiai „post-it” jegyzeteket helyeznek el a DNS-en, így szabályozva a gének működését anélkül, hogy megváltoztatnák a DNS szekvenciáját.
A kutatás fókuszában: az Arc gén és az epigenetikai kapcsoló
A svájci École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) Neuroepigenetika Laboratóriumának vezetője, Prof. Johannes Gräff irányításával egy nemzetközi kutatócsoport CRISPR-alapú eszközöket alkalmazott az egerek hippocampusában található emléksejtekben (engram sejtek) az Arc gén epigenetikai állapotának módosítására.
Az Arc gén kulcsszerepet játszik abban, hogy az idegsejtek hogyan alakítják ki és módosítják kapcsolataikat más neuronokkal – ez alapvető a tanulás és memória szempontjából.
A kutatók speciális CRISPR-alapú eszközöket fejlesztettek ki, amelyek képesek voltak vagy lecsökkenteni (silencing) vagy fokozni (aktiválni) az Arc gén aktivitását. Ezek az eszközök egyfajta epigenetikai „kapcsolóként” működtek:
- KRAB-MeCP2 eszköz: elnyomta a gén működését úgy, hogy represszív kémiai jelöléseket helyezett el a DNS-en, így nehezebbé téve annak hozzáférhetőségét.
- Aktiváló eszközök: megnyitották a DNS-t, ezáltal fokozva az Arc gén kifejeződését.
A kísérlet menete és eredményei
A kutatók vírusvektorok segítségével juttatták be ezeket az eszközöket közvetlenül az egerek hippocampusába – ez az agyterület kulcsfontosságú a memória tárolásában és előhívásában. Az állatokat megtanították összekapcsolni egy adott helyszínt enyhe elektromos sokkal (foot shock), majd megfigyelték, hogyan változik meg a viselkedésük az epigenetikai beavatkozások hatására.
Eredmények:
- Arc gén elnyomása: Az egerek nem tudtak megtanulni vagy felidézni az adott emléket – mintha blokkolták volna a memória kialakulását.
- Arc gén aktiválása: A már meglévő emlékek erősebbé váltak, még napokkal később is könnyebben felidézhetővé váltak.
- A változtatások visszafordíthatók voltak: Egy „biztonsági kapcsoló” segítségével bármikor visszaállítható volt az eredeti epigenetikai állapot és ezzel együtt a memória erőssége is.
- Még régi emlékek is módosíthatók voltak: Az olyan emlékek esetében is sikerült beavatkozni, amelyek már több napja rögzültek – ez különösen fontos felfedezés.
A molekuláris mechanizmusok háttere
A vizsgálatok során kimutatták, hogy az epigenetikai szerkesztés hatására megváltozott a génaktivitás és a DNS csomagoltsága (kromatin állapota), ami összhangban volt a viselkedési változásokkal. Ez megerősíti, hogy egyetlen gén epigenetikai állapotának módosítása elegendő ahhoz, hogy befolyásolja a memória kifejeződését.
Kutatási jelentőség és jövőbeli perspektívák
Ezzel a tanulmánnyal először sikerült közvetlen bizonyítékot szolgáltatni arra, hogy egyetlen gén epigenetikai állapotának megváltoztatása szükséges és elegendő lehet a memória szabályozásához.
A felfedezés új utakat nyithat meg annak megértésében, hogyan tárolódnak és módosulnak az emlékek. Különösen ígéretes lehet olyan betegségek kezelésében, ahol a memóriafeldolgozás zavart szenved:
- Poszttraumás stressz zavar (PTSD): traumatikus emlékek célzott gyengítése vagy módosítása.
- Drogfüggőség: függőséget kiváltó memóriák befolyásolása.
- Neurodegeneratív betegségek: életkorral összefüggő memóriaromlás kezelése.
Kérdések és válaszok a kutatásról
- Milyen gén aktivitását manipulálták?
- A hippocampusban található emléksejtekben (engram sejtek) lévő Arc gén epigenetikai állapotát változtatták meg.
- Milyen hatással volt ez a memóriára?
- A gén elnyomása gátolta a tanulást és felidézést, míg aktiválása erősítette még stabilizált emlékeket is.
- Milyen jelentősége van ennek a felfedezésnek?
- Ezzel először bizonyították közvetlenül, hogy egyetlen gén epigenetikai állapotának változtatása képes irányítani a memória kialakulását és előhívását.
További információk és források
A kutatásról részletesen olvashatunk Johannes Gräff és munkatársai tanulmányában: „Cell-type and locus-specific epigenetic editing of memory expression”, amely nyílt hozzáférésű formában jelent meg a Nature Genetics folyóiratban. A tanulmány kombinálja a CRISPR-alapú epigenetikai szerkesztést c-Fos-alapú engram technológiával, bizonyítva ezzel egy adott genomhely specifikus epigenetikai dinamikájának szerepét a memória kifejeződésében.
Szerző: Nik Papageorgiou – EPFL
Forrás: EPFL
Kép forrása: Neuroscience News
Forrás: https://neurosciencenews.com/epigenetic-switch-memory-29874/
