La genética revela los secretos de la formación de la memoria

resumen: Un nuevo estudio revela que el estado genético de las neuronas determina su papel en la formación de la memoria. Las neuronas con estados de cromatina abiertos tienen más probabilidades de ser reclutadas en las vías de la memoria, mostrando una mayor actividad eléctrica durante el aprendizaje.

Los investigadores han demostrado que la manipulación de estas condiciones genéticas en ratones puede mejorar o perjudicar el aprendizaje. Este descubrimiento cambia el enfoque de la plasticidad sináptica a los procesos nucleares, proporcionando nuevas vías potenciales para el tratamiento de los trastornos cognitivos.

Hechos clave:

1. Las neuronas con estados de cromatina abiertos tienen más probabilidades de participar en la formación de la memoria.
2. La manipulación del estado genético de las neuronas en ratones puede mejorar o perjudicar el aprendizaje.
3. Esta investigación cambia el enfoque de la plasticidad sináptica a los procesos nucleares en el aprendizaje.

fuente: Instituto Federal Suizo de Tecnología en Lausana

Cuando formamos una nueva memoria, el cerebro sufre cambios físicos y funcionales conocidos colectivamente como “rastro de memoria”. Un rastro de memoria representa los patrones específicos de actividad y modificaciones estructurales de las neuronas que ocurren cuando se forma y luego se recuerda un recuerdo.

Pero, ¿cómo “decide” el cerebro qué neuronas participarán en el rastreo de la memoria? Los estudios sugieren que la excitabilidad inherente de las neuronas desempeña un papel, pero la visión actualmente aceptada del aprendizaje ha omitido considerar el centro de mando de la propia neurona, o su núcleo. El núcleo parece contener otra dimensión completamente diferente que no ha sido explorada: la epigenética.

Dentro de cada célula de un organismo, el material genético codificado por el ADN es el mismo; sin embargo, los diferentes tipos de células que componen el cuerpo, como las células de la piel, las células del riñón o las células nerviosas, expresan cada una un conjunto diferente de genes. La epigenética es el mecanismo por el cual las células controlan la actividad genética sin cambiar la secuencia del ADN.

Ahora, los científicos de la EPFL, dirigidos por el neurocientífico Johannes Graf, han explorado si la epigenética puede influir en la probabilidad de que se seleccionen neuronas para formar la memoria.

Su investigación en ratones, ahora publicada en CienciasParece que el estado genético de una neurona es clave para su papel en la codificación de la memoria.

“Estamos arrojando luz sobre el primer paso en la formación de la memoria a nivel del ADN”, dice Graf.

Graf y su equipo se preguntaron si los factores genéticos podrían influir en la función de “memoria” de la neurona. Una célula nerviosa puede estar genéticamente abierta cuando el ADN dentro de su núcleo está suelto o suelto. Pueden estar cerrados cuando el ADN está compacto y apretado.

Los investigadores descubrieron que era más probable que las células abiertas fueran reclutadas en el “rastro de la memoria”, el grupo escaso de neuronas en el cerebro que muestran actividad eléctrica cuando aprenden algo nuevo. De hecho, las neuronas que estaban en un estado de cromatina más abierta también fueron las células que mostraron mayor actividad eléctrica.

Luego, los científicos del Instituto Federal Suizo de Tecnología en Lausana utilizaron un virus para administrar enzimas genéticas para estimular artificialmente la apertura de las neuronas. Descubrieron que los ratones que probaron aprendieron mucho mejor. Cuando los científicos utilizaron el enfoque opuesto para desactivar el ADN de las neuronas, se eliminó la capacidad de aprendizaje de los ratones.

Los hallazgos abren nuevas formas de comprender el aprendizaje que involucra el núcleo de una neurona y algún día incluso podrían conducir a un fármaco para mejorar el aprendizaje. Como explica Graf: “Se alejan de la visión predominante de la neurociencia sobre el aprendizaje y la memoria, que enfatiza la importancia de la plasticidad sináptica, y vuelven a centrarse en lo que sucede dentro del núcleo de una neurona, en su ADN.

“Esto es particularmente importante, porque muchos trastornos cognitivos como la enfermedad de Alzheimer y el trastorno de estrés postraumático se caracterizan por mecanismos genéticos defectuosos”.

Sobre esta noticia relacionada con la investigación de la memoria y la genética.

autor: Nick Papageorgiou
fuente: Instituto Federal Suizo de Tecnología en Lausana
comunicación: Nick Papageorgiou – EPFL
imagen: Imagen tomada de Neuroscience News

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“La plasticidad de la cromatina predetermina la aptitud de las neuronas para formar rastros de memoria“Por Johannes Graf et al.” Ciencias

un resumen

La plasticidad de la cromatina predetermina la aptitud de las neuronas para formar rastros de memoria

introducción

Durante el desarrollo, la variación genética da lugar a diferentes tipos de células con diferentes funciones. Al emitir instrucciones constantes para activar e inactivar loci genómicos para estimular cascadas de señalización específicas, los mecanismos epigenéticos desempeñan un papel fundamental en el compromiso del linaje y la diferenciación celular. Sin embargo, aún no está claro si la plasticidad de la cromatina juega un papel igualmente importante en el desarrollo de funciones dinámicas en células completamente diferenciadas, como las neuronas adultas.

Una de las características más interesantes de las neuronas es su capacidad para codificar información. Vale la pena señalar que el cerebro despliega sólo un subconjunto de neuronas para cada nueva información que se guarda, lo que significa que incluso dentro del mismo tipo de células específicas del desarrollo, no todas las neuronas son capaces de codificar información en un momento dado.

Razón fundamental

La dependencia de la formación de la memoria de la selección neuronal nos hizo preguntarnos si la estructura de la cromatina podría ser lo suficientemente heterogénea, entre identidades celulares aparentemente homogéneas, para dirigir la codificación de la información. Específicamente, aún está por verse si la plasticidad mejorada de la cromatina puede ser una fuerza motivadora para preparar las neuronas para la selección preferencial para la formación de recuerdos.

resultados

Al centrarnos en la amígdala lateral del ratón, una región clave del cerebro responsable de codificar formas asociativas de memoria, descubrimos que las neuronas excitadoras que allí se encuentran exhiben una plasticidad de cromatina heterogénea y, además, que las células que se reclutaban preferentemente en neuronas activadas por el aprendizaje estaban enriquecidas con histonas hiperacetiladas. , una modificación genética abundante en el cerebro.

Para probar este vínculo entre la plasticidad de la cromatina y la codificación de la información, a continuación manipulamos los niveles de acetilación de histonas aumentando o disminuyendo la histona acetiltransferasa en estas neuronas. Descubrimos que la ganancia de función de la plasticidad epigenética mediada por la acetilación de histonas facilitó el reclutamiento de neuronas en el rastro de la memoria, mientras que la pérdida de su función impidió la asignación de la memoria.

Interesados ​​en los mecanismos moleculares subyacentes a esta selección, a continuación realizamos una secuenciación múltiple de un solo núcleo para evaluar simultáneamente la accesibilidad a la cromatina y los cambios en la expresión genética que ocurren en las neuronas transgénicas.

Estos resultados revelaron una mayor accesibilidad o expresión de la cromatina en loci genómicos estrechamente asociados con la plasticidad estructural y sináptica, así como con la excitabilidad neuronal, que se ha identificado como un proceso fisiológico importante para la codificación de información. En consecuencia, descubrimos que el aumento de la plasticidad de la cromatina también conducía a una mayor excitabilidad neuronal intrínseca y a una mejor remodelación estructural y funcional de las sinapsis.

Para que un proceso realmente pueda influir en la asignación de memoria, también debe admitir la retención de memoria. Con este fin, probamos ratones inyectados con la proteína HAT en el condicionamiento pavloviano del miedo, un tipo de memoria asociativa, y descubrimos que mostraban una memoria del miedo significativamente más fuerte, un efecto que duró hasta ocho días. Vale la pena señalar que el silenciamiento de las neuronas transgénicas mediante la luz impidió el recuerdo de la memoria del miedo, lo que indica una relación independiente entre la plasticidad de la cromatina y la formación de rastros de memoria.

Finalmente, al combinar las herramientas de transferencia de energía por resonancia de Förster (FRET) y las imágenes de calcio en neuronas individuales, descubrimos que la relación entre la plasticidad de la cromatina y la excitabilidad neuronal intrínseca se produce de forma endógena, independiente de las células y en tiempo real.

Conclusión

Nuestros resultados muestran que la elegibilidad de una neurona para el reclutamiento en una vía de memoria depende de su estado epigenético antes del aprendizaje, identificando así la plasticidad de la cromatina como una nueva forma de plasticidad importante para la codificación de información. Por tanto, el paisaje epigenético de la neurona puede representar un modelo adaptativo capaz de registrar e integrar señales ambientales de una manera dinámica pero duradera.