发现DNA记忆新机制

概括： 研究人员发现了一种通过 DNA 结构变化影响记忆形成的新机制，特别是 G-四链体 DNA (G4-DNA)。 他们的研究表明，G4-DNA 在神经元中积累，动态影响基因激活和抑制，这对于长期记忆至关重要。

通过使用CRISPR技术，研究小组证明DNA解旋酶DHX36直接调节大脑中的G4-DNA结构。 这一发现不仅改变了我们对 DNA 在记忆中的作用的理解，而且为研究记忆相关疾病开辟了新的途径。

关键事实：

1. 该研究为神经元中存在 G4-DNA 提供了第一个证据，强调了其在调节与记忆相关的基因表达中的功能作用。
2. 研究人员使用基于 CRISPR 的先进基因编辑来确定 G4-DNA 结构在大脑中的组织方式，并发现 DNA 解旋酶 DHX36 的关键作用。
3. 研究结果表明，DNA 的结构（不仅仅是其序列）在大脑中如何编码经验方面发挥着至关重要的作用，这可能会影响记忆相关疾病的治疗。

来源： 昆士兰脑研究所

一个国际合作研究小组，包括来自昆士兰大学昆士兰大脑研究所（QBI）的科学家，发现了一种新的记忆机制，该机制涉及特定 DNA 结构的快速变化。

研究小组发现，G-四链DNA（G4-DNA）在神经元中积累，并动态控制长期记忆形成基因的激活和抑制。

此外，利用先进的基于CRISPR的基因编辑技术，研究小组揭示了大脑中G4-DNA调控的因果机制，其中涉及DNA解旋酶DHX36的定点沉积。

这项新研究发表于 神经科学杂志首次提供证据证明 G4-DNA 存在于神经元中，并且在功能上参与各种记忆状态的表达。

这项研究由澳大利亚国立大学的 Paul Marshall 博士、QBI 以及林雪平大学、魏茨曼科学研究所和加州大学欧文分校的合作者团队进行，强调了动态 DNA 结构在记忆巩固中的作用。

DNA灵活性

几十年来，许多科学家都认为 DNA 问题已经得到解决。 DNA 被广泛认为是右手双螺旋，这种结构的变化仅在 DNA 复制和转录过程中发生。

该结构包含两条 DNA 链，其中含有四个碱基：腺嘌呤 (A)、胸腺嘧啶 (T)、鸟嘌呤 (G) 和胞嘧啶 (C)，它们配对在一起形成 DNA 梯的梯级。

我们现在知道这并不是故事的全部。 QBI 教授 Tim Brady 解释说，DNA 可以呈现多种对于细胞过程具有重要功能的构象状态。

“正如该领域大多数研究人员所认为的那样，DNA 拓扑结构比固定的右手双螺旋更具动态性，”Priddy 教授说。

“到目前为止，实际上已经发现了 20 多种不同的 DNA 结构状态，每种状态都可能在调节基因表达方面发挥着不同的作用。”

在这项新研究中，研究小组现已证明，这些结构的很大一部分因果关系参与了活动依赖性基因表达的调节，并且是记忆形成所必需的。

尽管表观遗传修饰与神经元可塑性和记忆有着明确的关联，但迄今为止，人们对 DNA 结构的局部变化如何影响基因表达知之甚少。

当鸟嘌呤折叠成稳定的四链 DNA 结构时，G4-DNA 在细胞中积累。 虽然有证据表明该结构在转录调控中发挥作用，但在这项研究之前，尚未探讨其与经验依赖性基因表达的关系。

G4-DNA 调节记忆

G4-DNA 在学习过程中短暂积累在活跃的神经元中。 这种四级结构是在几毫秒或几分钟内形成的，与响应经验的神经转录速率相同。

因此，G4-DNA 结构可能参与促进和削弱活跃神经元的转录，具体取决于它们的活动，以实现不同的记忆状态。

这种机制揭示了 DNA 如何动态响应经验，并表明它不仅能够以代码或遗传方式存储信息，而且还能够以结构方式存储信息。

– 消除恐惧的记忆

消除条件性恐惧是生存的重要行为适应。 恐惧的消退取决于具有相似环境因素的新的长期记忆的形成，以竞争并接管与恐惧相关的记忆。

长期消退记忆的形成取决于基因表达的协调变化。

普里迪教授说，现在很清楚，活动诱导的基因表达导致灭绝是一个紧密协调的过程。

“这个过程依赖于转录机制和各种 DNA 结构（包括 G4-DNA）之间的时间相互作用，而不是像通常假设的那样仅由 DNA 序列或 DNA 修饰决定。

“这一发现扩展了我们对 DNA 如何作为学习和记忆中的高度动态转录控制装置发挥作用的理解。”

关于遗传学、学习和记忆研究新闻

作者： 蒂姆·布雷迪
来源： 昆士兰脑研究所
沟通： 蒂姆·布雷迪 – 昆士兰脑研究所
图片： 图片来源：神经科学新闻

原始搜索： 封闭访问。
”DNA G-Quadruplex 是一种调节记忆的转录控制装置“蒂姆·布雷迪等人。 神经科学杂志

总结

DNA G-Quadruplex 是一种调节记忆的转录控制装置

DNA 的构象状态调节转录速率和 RNA 丰度。

在这里，我们报告 G-四链体 DNA (G4-DNA) 以经验依赖的方式在神经元中积累，这是雄性 C57/BL6 小鼠学习和记忆关键相关基因的沉默和短暂激活所必需的。

此外，dCas9 介导的 DHX36 解旋酶沉积对 G4-DNA 进行位点特异性解析会损害恐惧消退记忆。 因此，动态 DNA 结构状态代表了记忆巩固背后的关键分子机制。