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Science:Npas4基因控制记忆的形成

2011/12/27 来源:科技日报
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导读
最近,美国麻省理工神经科学家找到了控制记忆形成过程的主基因,并揭示了一些支持记忆形成的分子。研究人员指出,该发现有助于最终找到记忆在大脑中的位置。

当人们经历新事件时,大脑会以改变神经元连接线路的方式给这件事编码,以此形成记忆。这一过程要打开神经元中的许多基因。据美国物理学家组织网近日报道,最近,美国麻省理工神经科学家找到了控制记忆形成过程的主基因,并揭示了一些支持记忆形成的分子。研究人员指出,该发现有助于最终找到记忆在大脑中的位置。相关论文发表在近日出版的《科学》杂志上。

此前研究显示,在面对新事件时,一种名为Npas4的基因会立刻打开,而在海马体脑区,该基因尤其活跃。麻省理工学院麦戈文脑研究院的林莹希(音译)领导的研究小组对Npas4基因进行了集中研究。Npas4是一种转录因子,能控制其他基因将信息复制到信使RNA。

为了研究记忆形成的基因机制,研究小组设计了一种背景恐惧训练:当小鼠进入某个房间就给予温和电击。几分钟后小鼠就学会了对房间感到恐惧,当它们再次进入该房间时,就会吓得僵住不动。当他们把Npas4基因灭活后,小鼠就不能记起它们的恐惧训练,仅灭活海马体CA3区的该基因也有同样效果,但灭活海马体其他部分的该基因,就没有这种效果。

研究发现,Npas4在训练的最初阶段就已被打开,而且主要是在海马体的CA3区。“这表明Npas4和其他活性控制基因不同。”林莹希说,“Npas4会打开一系列其他基因,把经历和脑线路的最终改变结合起来。”

论文第一作者、林莹希实验室研究生卡迪克·拉玛莫西说:“我们认为,Npas4是作为一种最初的启动子,它可依次激活位于脑中各个适当位置的所有其他下游标靶,最终它们会通过改变突触抑制的方式或者其他某种我们还未理解的过程,修改突触连接。”

迄今为止,研究人员已经识别出少量由Npas4控制的基因,但他们认为这样的基因可能有上百个,下一步是找到更多这些基因。他们还计划进一步研究在形成记忆和提取记忆时,打开Npas4的神经元是否相同,这有助于找到那些存储某个特定记忆的神经元。

“我们正在寻找记忆。”拉玛莫西说,“由于Npas4的特殊打开方式,它能为我们指明记忆在什么地方。通过标记哪些细胞打开了这种基因,就可能找到大脑中记忆的位置。”


Npas4 Regulates a Transcriptional Program in CA3 Required for Contextual Memory Formation

Ramamoorthi, Kartik; Fropf, Robin; Belfort, Gabriel M.; Fitzmaurice, Helen L.; McKinney, Ross M.; Neve, Rachael L.; Otto, Tim; Lin, Yingxi

The rapid encoding of contextual memory requires the CA3 region of the hippocampus, but the necessary genetic pathways remainunclear. We found that the activity-dependent transcription factor Npas4 regulates a transcriptional program in CA3 that isrequired for contextual memory formation. Npas4 was specifically expressed in CA3 after contextual learning. Global knockoutor selective deletion of Npas4 in CA3 both resulted in impaired contextual memory, and restoration of Npas4 in CA3 was sufficient to reverse the deficitin global knockout mice. By recruiting RNA polymerase II to promoters and enhancers of target genes, Npas4 regulates a learning-specifictranscriptional program in CA3 that includes many well-known activity-regulated genes, which suggests that Npas4 is a masterregulator of activity-regulated gene programs and is central to memory formation.

文献链接:http://www.sciencemag.org/content/334/6063/1669.abstract?sid=0b767a0e-ee5a-474e-af37-18223721a1ea

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