Science

植物&动物 | 生态&环境 | 大脑&行为 | 健康 | 技术 | 科学&政策 | 进化 | 古生物学 | 细胞 | 分子 | 基因&蛋白 | 遗传&发育 | 生物化学 | 生物物理 | 免疫 | 人物&事件 | 微生物学 |
当前位置: Science » 大脑&行为 » Science:美华盛顿学者揭示基因开关表达影响大脑记忆机制

Science:美华盛顿学者揭示基因开关表达影响大脑记忆机制

摘要 : 2016年7月15日,国际顶尖学术期刊《Science》杂志上在线发表了美国华盛顿大学医学院Azad Bonni研究员的一篇研究论文,研究通过一项小鼠研究阐明了,这样的基因被卡在“开启”的状态可导致错误的大脑连接影响学习和记忆的机制。

2016年7月15日,国际顶尖学术期刊《Science》杂志上在线发表了美国华盛顿大学医学院Azad Bonni研究员的一篇研究论文,研究通过一项小鼠研究阐明了,这样的基因被卡在“开启”的状态可导致错误的大脑连接影响学习和记忆的机制。

每当进行活动时,大脑都会开启一些基因。这些基因通常在活动终止时被关闭,如果基因不能及时关闭,就可能会出现破坏性的后果。

Azad Bonni博士说:“我们在小鼠中证实了,并不仅仅是基因关闭了自身;还有一种主动的机制在基因开启后关闭了它们。如果这一机制在大脑中遭到破坏,你可以看到对学习和记忆造成的严重后果。”

响应身体活动、激素和微生物感染等不同的信号,活细胞中的基因不断被开启。数十年的研究调查了解了基因开启的机制和原因,然而基因关闭机制却一直较少受到关注。研究人员决定去调查大脑中基因关闭的机制。当他们这样做时,发现无法关闭这些基因会导致错误的大脑连接。研究人员调查了当小鼠在开展身体活动时小脑中开启的一些基因。小脑是负责行走一类运动功能的脑区域。

他们发现当小鼠走动时一个大酶结合到了开启的基因上,但却未结合没被运动开启的基因。这个称作为核小体重塑与去乙酰化酶(NuRD)复合物的酶,似乎对关闭基因至关重要。缺失这种酶的小鼠无法在身体活动停止后关闭这些基因。

科学家们发现,该酶通过将一种DNA结合蛋白转换为另一种DNA结合蛋白关闭了基因。这些蛋白叫做组蛋白,就像缠绕在线轴上的线一样,DNA在某些地方紧紧地缠绕组蛋白,在另一些地方则松散地缠绕着组蛋白。通过将一种组蛋白转变为另一种组蛋白,该酶使得DNA更紧密地缠绕,关闭了这一DNA片段中的所有基因。

Bonni说:“开启和关闭基因是细胞生物学的一个基本特性,这是第一个机制解释了在基因开启后你是如何关闭它们的。我认为我们将会发现在许多不同的情况下这一基因关闭了基因。”

日本筑波大学医学助理教授Yamada说:“我们认为NuRD复合物有潜力快速关闭成千上万的基因。”在发育过程中,神经元彼此间形成很多连接,然后剪掉除最重要的连接外所有的连接。缺失这种酶的小鼠小脑中的神经元没有进行修剪,留下了一些异常的连接。

研究的共同主要作者、博士后研究人员Yang说:“我们惊讶地发现,神经元对环境的错误反应导致了无法修剪连接。我们的研究揭示了在发育早期除去多余连接的重要性。”

这样的连接不会影响小鼠行走的能力,但却影响了它们在成年时学习运动技能的能力。在人类,学习运动技能包括学习如何弹钢琴或是骑自行车。

缺失这种酶的成年小鼠无法学会如何在一个逐渐加速的旋转杆上行走,而其他的小鼠可以轻而易举地完成这一任务。

Bonni说:“它们正常地行走,它们动作协调,但它们的学习能力严重受损。真正令人惊讶地是,这些缺陷并不归因于无法激活基因,而是无法关闭它们。”

Bonni和同事们正在致力阐明基因活性改变是如何通过这一机制来导致脑细胞活性的改变的。

Bonni说:“该酶与在神经发育疾病中突变的其他酶有关联。能够关闭基因证实对大脑连接和学习有着深远的影响,我们想弄清楚其机制。”

原文链接:

Chromatin remodeling inactivates activity genes and regulates neural coding

原文摘要:

Activity-dependent transcription influences neuronal connectivity, but the roles and mechanisms of inactivation of activity-dependent genes have remained poorly understood. Genome-wide analyses in the mouse cerebellum revealed that the nucleosome remodeling and deacetylase (NuRD) complex deposits the histone variant H2A.z at promoters of activity-dependent genes, thereby triggering their inactivation. Purification of translating messenger RNAs from synchronously developing granule neurons (Sync-TRAP) showed that conditional knockout of the core NuRD subunit Chd4 impairs inactivation of activity-dependent genes when neurons undergo dendrite pruning. Chd4 knockout or expression of NuRD-regulated activity genes impairs dendrite pruning. Imaging of behaving mice revealed hyperresponsivity of granule neurons to sensorimotor stimuli upon Chd4 knockout. Our findings define an epigenetic mechanism that inactivates activity-dependent transcription and regulates dendrite patterning and sensorimotor encoding in the brain.

来源: Science 浏览次数:0

我们欢迎生命科学领域研究成果、行业信息、翻译原创、实验技术、采访约稿。-->投稿

RSS订阅 | 生物帮 | 粤ICP备11050685号-3 ©2011-2014 生物帮 Science  All rights reserved.