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【PNAS】记忆如何产生和储存?首次实时监测活体大脑基因表达!

转网 转化医学网 2023-04-13

本文为转化医学网原创,转载请注明出处 

作者:Mia

导读:从物理的角度,记忆是如何产生的并且储存在大脑中的始终存在着许多谜团。先前的研究仅能通过解剖小鼠来观察大脑中的RNA,而难以监测活体动物中快速和瞬时的基因表达。最近,有研究团队采用了一种新技术,首次可视化了活鼠大脑中的mRNA分子。

明尼苏达大学双子城分校的研究团队开发了一种新技术,这种技术首次可视化了活鼠大脑中的mRNA分子。通过这项研究,研究人员提供了记忆是如何在大脑中形成和存储新见解,并将有望为科学家们提供有关阿尔茨海默病等疾病的新信息。

从物理的角度,记忆是如何产生的并且储存在大脑中的始终存在着许多谜团。众所周知,mRNA作为一种参与蛋白质生成的RNA,它产生于记忆形成和储存的过程中,但目前我们在细胞水平上研究这一过程的技术有限。

Arc是被神经元活动快速转录的基因之一,它被用作记忆痕迹或印迹细胞的标记。由于先前的研究仅能通过解剖小鼠来观察大脑中的RNA,而难以监测活体动物中快速和瞬时的基因表达,因此尚未清楚印记细胞的动力学。

目前明尼苏达大学双子城分校的团队开发的这项新技术,为科学家提供了一扇窗口,让他们能够观察活小鼠大脑中的RNA合成。该研究的主要作者、明尼苏达大学电气和计算机工程系副教授Hye Yoon Park 解释说:“我们仍然对大脑中的记忆知之甚少。我们都知道mRNA的合成对记忆的产生和储存至关重要,但以前无法在活大脑中想象这一场景。因此目前我们的工作是这一领域的重大贡献。有了这项新技术,神经科学家们可以在未来用它进行各种不同的实验和记忆测试。”研究结果于7月1日发表在美国科学院院报上。

https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2117076119

团队所领导的这项研究涉及了基因工程双光子激发显微镜优化图像处理软件。首先,研究人员对小鼠进行了基因改造,使其产生绿色荧光蛋白(源于水母的蛋白)标记的mRNA,从而能够看到小鼠大脑中何时何地生成他们正在寻找的Arc mRNA

由于小鼠是活着的,研究人员可以对它进行更长时间的研究。利用这种新方法,研究人员在小鼠身上进行了实验。在一个多月的时间里,他们能够实时看到当老鼠产生和存储记忆时,神经元或者说神经细胞在进行着什么样的工作。

一直以来,神经科学家们在理论上认为,大脑中的某些神经元群在某个记忆形成时就会放电,而当记忆被储存时,那些相同的细胞会再次放电。然而,在实验中,研究人员发现,不同的神经元组每天都会触发老鼠的记忆在小鼠产生记忆后的几天内,研究人员在大脑的脾后皮质 (RSC) 区域定位了一小部分重叠或每天持续产生 Arc mRNA 的细胞,他们认为是这一区域负责该记忆的长期储存。

Park说:“我们的研究是关于记忆的产生和提取。如果我们能理解这些如何发生的,这将对我们理解阿尔茨海默病和其他与记忆相关的疾病非常有帮助。也许患有阿尔茨海默氏症的人仍然将记忆储存在某个地方,只是他们无法找回它们。所以从长远来看,也许这项研究可以帮助我们克服这些疾病。”

参考资料:

https://medicalxpress.com/news/2022-07-imaging-technique-gene-brains-mice.html

注:本文旨在介绍医学研究进展,不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导,请至正规医院就诊。

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