به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، در مطالعه‌ای که اخیراً در مجله Nature منتشر شده است، محققان دریافتند که عضوگیری نورون‌ها در مدارهای حافظه توسط مجموعه‌ای از رویدادهای مولکولی ایجاد شده در طول یادگیری انجام می‌شود که شامل آسیب دو رشته‌ای دئوکسی ریبونوکلئیک اسید (DNA) در خوشه‌های عصبی هیپوکامپ و با واسطه ترمیم توسط گیرنده ناقوسی شکل 9 (TLR9) است.

پیش زمینه

خاطرات زمانی شکل می‌گیرند که نورون‌های هیپوکامپ تحت انطباق‌های مولکولی طولانی‌مدت قرار می‌گیرند تا در پاسخ به محرک‌ها، ریزمدارهای قشری تشکیل دهند. این فرآیند انرژی بر است و شامل تغییرات مورفولوژیکی و بیوشیمیایی قابل توجهی است. اعتقاد بر این است که این تغییرات مولکولی باعث شکستگی‌های گذرا در DNA دو رشته ای می‌شود. مطالعات همچنین نقش نورون‌های درونی و برنامه‌های رشدی از پیش موجود را در شکل‌گیری حافظه مورد بررسی قرار داده‌اند و دریافته‌اند که فاکتورهای رونویسی مانند پروتئین پیوند دهنده عنصر پاسخ آدنوزین حلقوی (cAMP) (CREB) در این فرآیند دخیل هستند. پروتئین متصل‌شونده به عامل واکنش‌دهنده به آدنوزین مونوفسفات حلقه‌ای (cAMP response element-binding protein) یک فاکتور رونویسی سلولی است که به توالی خاصی از DNA موسوم به عناصر پاسخ‌ دهنده به cAMP یا CRE اتصال می‌یابد و رونویسی ژن‌های بالادست و پائین‌ دست را افزایش یا کاهش می‌دهد. همچنین CREB نقش غیرقابل‌انکاری در انعطاف‌پذیری عصبی و شکل‌گیری حافظه درازمدت در مغز و همچنین حافظه فضایی (فرا زمانی) داراست. تحقیقات اخیر همچنین بر درک چگونگی کنترل شبکه‌های پری عصبی بین عصبی ورودی‌های بازدارنده مجموعه‌های عصبی برای تثبیت مدارهای حافظه متمرکز شده است.

در مورد مطالعه

در مطالعه حاضر، محققان تلاش کردند تا هر فرآیند فراگیری را که مکانیسم‌های رشدی از پیش موجود و مسیرهای آغاز شده توسط محرک را که نورون‌ها را به مجموعه‌ها یا ریزمدارهای مخصوص حافظه متعهد می‌شوند، یکپارچه می‌کند، درک و شناسایی کنند.مدل‌های موش برای تجزیه و تحلیل پروفایل‌های رونویسی نورون‌ها در ناحیه پشتی-هیپوکامپ برای بیش از ۴۸ ساعت برای درک بیان ژن‌های فوری، زودرس و تاخیری و سیگنال‌دهی پروتئین مورد استفاده قرار گرفتند. برای این تجزیه و تحلیل، موش‌ها تحت شرایط ترسیمی قرار گرفتند و نمونه‌های هیپوکامپ چهار یا 21 روز پس از تهویه برای تعیین توالی اسید ریبونوکلئیک فله (RNA) مورد استفاده قرار گرفتند.با توجه به اینکه شکستگی‌های گذرا در DNA دو رشته ای شناخته شده است که در طول فعالیت عصبی برای القای بیان ژن فوری اولیه ایجاد می‌شود، آ‌ن‌ها فرض کردند که آسیب DNA ناشی از فعالیت یادگیری ممکن است گسترده تر و پایدارتر در جمعیت‌های مجزا از نورون‌ها باشد. برچسب‌گذاری ایمونوفلورسانس با استفاده از آنتی‌بادی‌های اختصاصی برای فسفو هیستون γH2AX که به شکستگی‌های DNA دو رشته‌ای متصل می‌شود، انجام شد تا منشأ قطعات DNA دو رشته‌ای خارج هسته‌ای ایجاد شده توسط ترس شرطی‌سازی متنی را درک کنیم.بخش‌های مغز نیز یک ساعت پس از شرطی‌سازی ترس زمینه‌ای برای تجزیه و تحلیل سیگنال‌های γH2AX مرتبط با بیان ژن اولیه جمع‌آوری شد. علاوه بر این، بیان پایه CREB، که قبلاً برای ایفای نقش در حافظه شناسایی شده است، نیز با استفاده از رنگ‌آمیزی ایمنی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. محققان همچنین تنظیم مثبت پروتئین Fos را در طول فعال سازی مجدد حافظه و نقش مربوط به بیان ژن اولیه و ترمیم آسیب DNA را بررسی کردند. (پروتئین‌های FOX (FOX proteins) یا پروتئین‌های جعبه سرچنگالی، گروهی از فاکتورهای رونویسی هستند که نقش مهمی‌در بیان ژن‌هایی دارند که رشد، تکثیر، تمایز و ماندگاری سلولی مؤثرند. بسیاری از این پروتئین‌ها در تکامل جنین نقش دارند.) بر اساس شناسایی سیگنال‌های التهابی در این جمعیت‌های عصبی، محققان بیشتر بررسی کردند که آیا این پاسخ‌های التهابی نتیجه شکست‌های DNA دو رشته‌ای است که در طول یادگیری ایجاد می‌شود یا التهاب نقش خاصی در شکل‌گیری حافظه دارد. با توجه به نقش TLR9 در این پاسخ‌های التهابی، آ‌ن‌ها آزمایشات حذفی TLR9 را در نورون‌های خاص انجام دادند تا تعیین کنند که چگونه بر شکل گیری حافظه تأثیر می‌گذارد.( گیرنده ناقوسی‌شکل ۹ (Toll-like receptor 9) که با نام CD289 هم شناخته می‌شود، یک پروتئین است که در انسان توسط ژن TLR9 کدگذاری می‌شوداین مولکول، یکی از اعضای خانواده گیرنده‌های ناقوسی‌شکل (TLR) و یکی از گیرنده‌های مهم در دستگاه ایمنی است که بر سطح سلول‌های دندریتیک، سلول‌های کشنده طبیعی و سایر سلول‌های پردازنده آنتی‌ژن است. به‌طور کلی خانواده گیرنده‌های ناقوسی‌شکل (TLR) نقش بسیار مهمی‌در شناسایی آنتی‌ژن‌ها و فعال‌شدن دستگاه ایمنی ذاتی دارند.) علاوه بر این، توالی‌یابی RNA هسته‌ای منفرد برای مشخص کردن تغییرات بیان ژن در جمعیت‌های سلولی هیپوکامپ عصبی و غیر عصبی به دلیل تأثیر شرطی‌سازی ترس زمینه‌ای و حذف ویژه نورون TLR9 انجام شد. محققان همچنین نقش نفوذ سلول‌های ایمنی و DNA بدون سلول از خون را در شکل‌گیری حافظه و تنظیم مثبت سیگنال‌دهی TLR9 بررسی کردند.

نتایج مطالعه

این مطالعه نشان داد که یادگیری و تشکیل حافظه شامل پارگی در پوشش هسته، آزاد شدن هیستون در ناحیه دور هسته و شکستگی‌های مداوم در DNA دو رشته ای در خوشه‌های نورون در ناحیه Cornu Ammonis 1 (CA1) هیپوکامپ است. علاوه بر این، این آسیب‌ها به DNA دو رشته‌ای و پوشش هسته‌ای با فعال‌سازی سیگنال‌دهی TLR9، یک پاسخ التهابی در نتیجه، و تجمع کمپلکس‌های سانتروزومی‌برای ترمیم DNA دو رشته‌ای آسیب‌دیده دنبال شد.نقش پاسخ‌های التهابی مرتبط با TLR9 در ایجاد حافظه ناشی از یادگیری زمانی تأیید شد که ناک اوت TLR9 در نورون‌های خاص منجر به اختلالات حافظه و کاهش تغییرات بیان ژن مرتبط با شرطی‌سازی ترس متنی شد. همچنین مشخص شد که TLR9 نقش مهمی‌در تشکیل آسیب DNA، ترمیم کمپلکس‌های سانتروزومی، سیلیوژنز و ساخت شبکه‌های اطراف عصبی دارد.نتایج نشان می‌دهد که محرک‌های مرتبط با یادگیری باعث ایجاد آبشاری از رویدادهای مولکولی می‌شوند که شامل آسیب DNA دو رشته‌ای و ترمیم DNA با واسطه TLR9 در خوشه‌های عصبی خاص در هیپوکامپ است که این نورون‌ها را برای تشکیل حافظه به‌کار می‌گیرند. محققان همچنین حدس زدند که وقتی عملکرد TLR9 به خطر می افتد، اشتباهات در این مکانیسم اساسی می‌تواند منجر به اختلالات شناختی، اختلالات روانی، تسریع پیری و اختلالات عصبی شود.

نتیجه گیری

به طور خلاصه، این مطالعه نشان داد که محرک‌های مرتبط با یادگیری باعث ایجاد یک آبشار از آسیب DNA و ترمیم DNA با واسطه TLR9 می‌شود که خوشه‌های عصبی هیپوکامپ را به شکل گیری حافظه متعهد می کند. پاسخ‌های التهابی با واسطه TLR9 نقش حیاتی در شکل گیری حافظه دارند و اختلالات در عملکرد TLR9 می‌تواند در اختلالات شناختی، عصبی و روانپزشکی دخیل باشد.

پایان مطلب./