حافظه و ارتباط آن با DNA
محققان مکانیسم جدیدی را شناسایی کردند که بر شکل گیری حافظه از طریق تغییرات در ساختار DNA،
به ویژه (G4-DNA) DNA G-quadraplex تأثیر می گذارد.
مطالعه آنها نشان می‌دهد که G4-DNA در سلول‌های عصبی تجمع می‌یابد،
و به صورت پویا بر فعال‌سازی و سرکوب ژن که برای حافظه بلندمدت حیاتی است، تأثیر می‌گذارد.
فناوری CRISPR
این تیم با استفاده از فناوری CRISPR نشان داد که DNA هلیکاز DHX36 به طور مستقیم این ساختارهای G4-DNA در مغز را تنظیم می کند.
این کشف نه تنها درک ما از نقش DNA در حافظه را تغییر می‌دهد،
بلکه راه‌های جدیدی را برای بررسی اختلالات مرتبط با حافظه باز می‌کند.
دانشمندان با استفاده از G4-DNA که به شیوه‌ای وابسته به تجربه در نورون‌ها انباشته می‌شود و این برای خاموش کردن و فعال‌سازی گذرا ژن‌هایی لازم است در یادگیری و حافظه تغییرات مثبتی ایجاد کردند.
حقایق کلیدی:
- این مطالعه اولین شواهد از حضور G4-DNA در نورون ها را ارائه می دهد،
و نقش عملکردی آن را در تنظیم بیان ژن مرتبط با حافظه برجسته می کند.
- محققان از ویرایش پیشرفته ژن مبتنی بر CRISPR برای تعیین دقیق نحوه تنظیم ساختارهای G4-DNA در مغز استفاده کردند،
و نقش مهمی برای DNA هلیکاز DHX36 پیدا کردند.
- یافته ها نشان می دهد که ساختار DNA، فراتر از توالی آن، نقش مهمی در نحوه رمزگذاری تجربیات در مغز ایفا می کند،
و به طور بالقوه بر درمان شرایط مرتبط با حافظه تأثیر می گذارد.
ویرایش ژن مبتنی بر CRISPR
یک تیم تحقیقاتی مشترک بین‌المللی، دریافتند که DNA G-quadraplex (G4-DNA) در نورون‌ها تجمع می‌یابد،
و به صورت پویا فعال‌سازی و سرکوب ژن‌های زیربنایی شکل‌گیری حافظه بلندمدت را کنترل می‌کند.
علاوه بر این، با استفاده از فناوری پیشرفته ویرایش ژن مبتنی بر CRISPR،
این تیم مکانیسم علّی زیربنایی تنظیم G4-DNA در مغز را آشکار کردند،
که شامل رسوب مستقیم DNA هلیکاز DHX36 است.
مطالعه جدید که در مجله علوم اعصاب منتشر شده است،
اولین شواهدی را ارائه می دهد که G4-DNA در نورون ها وجود دارد و از نظر عملکردی در بیان حالات مختلف حافظه نقش دارد.
انعطاف پذیری DNA
برای چندین دهه، بسیاری از دانشمندان موضوع DNA را حل شده می دانستند.
DNA به طور گسترده ای به عنوان یک مارپیچ دوگانه راست گرد شناخته می شود،
و تغییرات در این ساختار تنها در طول همانندسازی و رونویسی DNA رخ می دهد.
ساختار DNA
این ساختار شامل دو رشته اسید نوکلئیک با چهار باز است:
- آدنین (A)
- تیمین (T)
- گوانین (G)
- سیتوزین (C)
که با هم جفت می شوند و پله هایی از نردبان DNA را تشکیل می دهند.
مفهوم رایانه مکانیکی که در اینجا توضیح داده شده است، یک فرضیه جدید برای اینکه چگونه مغز ممکن است محاسبات را انجام دهد نشان می دهد و مکانیسم حافظه خواندن و نوشتن آدرس پذیر را فرض می کند. چنین مکانیزم حافظه ذخیره سازی داده ها را در یک ساختار فهرست بندی شده و سلسله مراتبی تسهیل می کند و مبنایی را برای چگونگی فراخوانی ماشین های پردازش اطلاعات در صورت لزوم فراهم می کند. با توجه به دستورات ارسال شده از DNA و تغییر در عملکرد آن ها میتوانیم حافظه را بهبود ببخشیم.
تجمع G4-DNA
G4-DNA در سلول‌ها تجمع می‌یابد که گوانین‌ها در ساختار DNA چهار رشته‌ای پایدار جمع می‌شوند.
در حالی که شواهدی برای نقش این ساختار در تنظیم رونویسی وجود دارد،
قبل از این مطالعه، دخالت آن در بیان ژن وابسته به تجربه بررسی نشده بود.
G4-DNA حافظه را تنظیم می کند
G4-DNA به طور موقت در نورون های فعال در طول یادگیری تجمع می یابد.
شکل‌گیری این ساختار چهارطرفه در طول میلی‌ثانیه یا دقیقه،
با همان سرعت رونویسی عصبی در پاسخ به یک تجربه، صورت می‌گیرد.
بنابراین ساختار G4-DNA می‌تواند در تقویت و اختلال رونویسی در نورون‌های فعال،
بر اساس فعالیت آنها، نقش داشته باشد تا حالت‌های حافظه مختلف را فعال کند.
خاموش کردن خاطرات ترس
انقراض ترس شرطی (از کاهش ترسی که به محرک های ترس آور نشان داده می شود،
زمانی که بارها و بارها بدون هیچ پیامد تهدیدکننده ای ارائه شده باشد).
یک سازگاری رفتاری است که برای بقا حیاتی است.
انقراض ترس بر تشکیل خاطرات بلندمدت جدید با عناصر محیطی مشابه، برای رقابت و تسخیر حافظه مرتبط با ترس متکی است.
شکل گیری خاطرات انقراض طولانی مدت به تغییرات هماهنگ در بیان ژن بستگی دارد.
این فرآیند به جای اینکه تنها با توالی DNA یا اصلاح DNA تعیین شود که اغلب تصور می شد،
به تعاملات زمانی بین ماشین رونویسی و انواع ساختارهای DNA، از جمله G4-DNA بستگی دارد.
“این کشف درک ما را از نحوه عملکرد DNA به عنوان یک دستگاه کنترل رونویسی بسیار پویا در یادگیری و حافظه گسترش می دهد.”
تحقیقات ژنتیک، یادگیری و حافظه
DNA G-Quadruplex یک دستگاه کنترل رونویسی است که حافظه را تنظیم می کند.
وضعیت ساختاری DNA سرعت رونویسی و فراوانی RNA را به خوبی تنظیم می کند.
در اینجا، ما گزارش می‌دهیم که DNA G-quadruplex (G4-DNA) به شیوه‌ای وابسته به تجربه در نورون‌ها انباشته می‌شود،
و این برای خاموش کردن و فعال‌سازی گذرا ژن‌هایی لازم است که به شدت در یادگیری و حافظه موش نر BL6 /C57 نقش دارند.
علاوه بر این، وضوح مکان خاص G4-DNA توسط رسوب dCas9 واسطه هلیکاز DHX36 حافظه انقراض ترس را مختل می کند.
بنابراین، وضعیت‌های ساختار DNA دینامیک یک مکانیسم مولکولی کلیدی را نشان می‌دهد که در تثبیت حافظه نهفته است.
طبق تحقیقات در سال 2021 در ژورنال Pharmaceuticals
امتداد DNA غنی از سیتوزین قادر به اتخاذ یک ساختار ثانویه پویا به نام موتیف-آی (در شکل زیر نمایش داده شده) است.
هنگامی که در نواحی پروموتر قرار دارد، موتیف-آی این پتانسیل را دارد،
که به عنوان یک سوئیچ مولکولی برای کنترل بیان ژن عمل کند.
با این حال، ساختارهای موتیف-آی در نواحی ژنومی توالی‌های نوکلئوتیدی تکراری ممکن است،
در تسهیل یا ممانعت از گسترش این عناصر DNA نقش داشته باشند.
علیرغم تحقیقات بر روی موتیف-آی پشت ساختار مکمل G-quadruplex،
اکتشافات اخیر از جمله شناسایی یک آنتی بادی موتیف-آی خاص این زمینه را به جلو سوق داده است.
این دیدگاه، کار اولیه و فعلی را بررسی می‌کند که نشان می‌دهد،
و بینشی در مورد عملکرد بیولوژیکی این ساختار DNA ارائه می‌کند،
با تمرکز بر اینکه چگونه موتیف-آی می‌تواند به عنوان یک هدف مولکولی برای توسعه رویکردهای درمانی جدید برای تعدیل بیان ژن و گسترش DNA تکراری باشد.
که میتوان از این روش در تثبیت حافظه نیز بهره برد.
این شامل دو رشته دوبلکس موازی است که در جهت ضد موازی قرار گرفته و توسط جفت‌های پایه سیتوزین-سیتوزین + (C:C+) نیمه پروتونه شده در کنار هم قرار گرفته‌اند.
منبع: Neuroscience
سلام و سپاس