riepilogo: I ricercatori hanno identificato un nuovo meccanismo che influenza la formazione della memoria attraverso cambiamenti nella struttura del DNA, in particolare del DNA G-quadruplex (G4-DNA). Il loro studio rivela che il G4-DNA si accumula nei neuroni, influenzando dinamicamente l'attivazione e la repressione dei geni, che sono essenziali per la memoria a lungo termine.
Utilizzando la tecnologia CRISPR, il team ha dimostrato che la DNA elicasi DHX36 regola direttamente le strutture G4-DNA nel cervello. Questa scoperta non solo cambia la nostra comprensione del ruolo del DNA nella memoria, ma apre anche nuove strade di indagine sui disturbi legati alla memoria.
Aspetti principali:
- Lo studio fornisce la prima prova della presenza di G4-DNA nei neuroni, evidenziandone il ruolo funzionale nella regolazione dell'espressione genica associata alla memoria.
- I ricercatori hanno utilizzato l’editing genetico avanzato basato su CRISPR per determinare come sono organizzate le strutture del G4-DNA nel cervello e hanno scoperto un ruolo fondamentale per la DNA elicasi DHX36.
- I risultati suggeriscono che la struttura del DNA, al di là della semplice sequenza, svolge un ruolo cruciale nel modo in cui le esperienze vengono codificate nel cervello, il che può avere un impatto sui trattamenti per le condizioni legate alla memoria.
fonte: Queensland Brain Institute
Un gruppo di ricerca collaborativo internazionale, che comprende scienziati del Queensland Brain Institute (QBI) dell’Università del Queensland, ha scoperto un nuovo meccanismo alla base della memoria che comporta rapidi cambiamenti in una specifica struttura del DNA.
Il team ha scoperto che il DNA G-quadraplex (G4-DNA) si accumula nei neuroni e controlla dinamicamente l'attivazione e la repressione dei geni alla base della formazione della memoria a lungo termine.
Inoltre, utilizzando la tecnologia avanzata di editing genetico basata su CRISPR, il team ha rivelato il meccanismo causale alla base della regolazione del G4-DNA nel cervello, che prevede la deposizione sito-diretta della DNA elicasi, DHX36.
Il nuovo studio pubblicato su Giornale di neuroscienzeFornisce la prima prova che il G4-DNA è presente nei neuroni ed è funzionalmente coinvolto nell'espressione di vari stati di memoria.
Lo studio, condotto dal dottor Paul Marshall dell'Università Nazionale Australiana, QBI e da un team di collaboratori dell'Università di Linköping, del Weizmann Institute of Science e dell'Università della California Irvine, evidenzia il ruolo che le strutture dinamiche del DNA svolgono nel consolidamento della memoria.
Flessibilità del DNA
Per decenni molti scienziati hanno ritenuto che la questione del DNA fosse risolta. Il DNA è ampiamente riconosciuto come una doppia elica destrorsa, con modifiche a questa struttura che si verificano solo durante la replicazione e la trascrizione del DNA.
Questa struttura contiene due filamenti di DNA contenenti quattro basi: adenina (A), timina (T), guanina (G) e citosina (C), che si accoppiano insieme per formare i pioli della scala del DNA.
Ora sappiamo che questa non è tutta la storia. Il professor Tim Brady del QBI spiega che il DNA può assumere una varietà di stati conformazionali che sono funzionalmente importanti per i processi cellulari.
“La topologia del DNA è molto più dinamica di una doppia elica destrorsa fissa, come presume la maggior parte dei ricercatori del settore”, ha affermato il professor Priddy.
“Finora sono stati identificati più di 20 diversi stati della struttura del DNA, ognuno dei quali probabilmente svolge un ruolo diverso nella regolazione dell’espressione genetica”.
Nel nuovo studio, il team ha ora dimostrato che gran parte di queste strutture sono causalmente coinvolte nella regolazione dell’espressione genica attività-dipendente e sono necessarie per la formazione della memoria.
Sebbene le modificazioni epigenetiche abbiano un’associazione ben consolidata con la plasticità neuronale e la memoria, ad oggi si sa poco su come i cambiamenti locali nella struttura del DNA influenzino l’espressione genica.
Il G4-DNA si accumula nelle cellule quando la guanina si ripiega in una struttura stabile di DNA a quattro filamenti. Sebbene esistano prove del ruolo svolto da questa struttura nella regolazione trascrizionale, prima di questo studio il suo coinvolgimento nell'espressione genica dipendente dall'esperienza non era stato esplorato.
G4-DNA regola la memoria
Il G4-DNA si accumula transitoriamente nei neuroni attivi durante l'apprendimento. Questa struttura quaternaria si forma in millisecondi o minuti, alla stessa velocità della trascrizione neurale in risposta all'esperienza.
Pertanto, la struttura del G4-DNA potrebbe essere coinvolta nella promozione e nell’indebolimento della trascrizione nei neuroni attivi, a seconda della loro attività, per abilitare diversi stati di memoria.
Questo meccanismo fa luce su come il DNA risponde dinamicamente all’esperienza e suggerisce che abbia la capacità di immagazzinare informazioni non solo nel suo codice o geneticamente, ma anche strutturalmente.
– Estinguere i ricordi della paura
L’estinzione della paura condizionata è un importante adattamento comportamentale per la sopravvivenza. L’estinzione della paura dipende dalla formazione di nuovi ricordi a lungo termine con elementi ambientali simili, per competere e impossessarsi della memoria associata alla paura.
La formazione delle memorie di estinzione a lungo termine dipende da cambiamenti coordinati nell'espressione genica.
Il professor Priddy ha affermato che ormai è chiaro che l'espressione genetica indotta dall'attività alla base dell'estinzione è un processo strettamente coordinato.
“Questo processo si basa sulle interazioni temporali tra il meccanismo di trascrizione e una varietà di strutture di DNA, incluso il G4-DNA, piuttosto che essere determinato esclusivamente da sequenze di DNA o modificazioni del DNA, come spesso si presume.
“Questa scoperta amplia la nostra comprensione di come il DNA funziona come dispositivo di controllo trascrizionale altamente dinamico nell’apprendimento e nella memoria”.
Notizie sulla genetica, sull'apprendimento e sulla ricerca sulla memoria
autore: Tim Brady
fonte: Queensland Brain Institute
comunicazione: Tim Brady, Queensland Brain Institute
immagine: Immagine accreditata a Neuroscience News
Ricerca originale: Accesso chiuso.
“DNA G-Quadruplex è un dispositivo di controllo trascrizionale che regola la memoria“Di Tim Brady et al. Giornale di neuroscienze
un sommario
DNA G-Quadruplex è un dispositivo di controllo trascrizionale che regola la memoria
Lo stato conformazionale del DNA regola la velocità di trascrizione e l'abbondanza di RNA.
Qui, riportiamo che il G-quadruplex DNA (G4-DNA) si accumula nei neuroni, in modo dipendente dall'esperienza, e che questo è necessario per il silenziamento e l'attivazione transitoria dei geni criticamente coinvolti nell'apprendimento e nella memoria nei topi maschi C57/BL6 .
Inoltre, la risoluzione sito-specifica del G4-DNA mediante la deposizione mediata da dCas9 dell'elicasi DHX36 compromette la memoria dell'estinzione della paura. Gli stati strutturali dinamici del DNA rappresentano quindi un meccanismo molecolare chiave alla base del consolidamento della memoria.
