PANS| 活小鼠記憶形成過程中mRNA合成的實時可視化

發(fā)布時間：2022-07-08 10:35:34作者：輝駿生物-fitgene

由明尼蘇達(dá)大學(xué)雙城分校的一個團(tuán)隊領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家表示，他們已經(jīng)開發(fā)出一種新方法，使科學(xué)家和工程師能夠可視化活體小鼠大腦中的 mRNA 分子。這項研究揭示了關(guān)于記憶如何在大腦中形成和存儲的新見解，并可以為科學(xué)家提供有關(guān)阿爾茨海默氏癥等疾病的新信息。題為《活小鼠記憶形成過程中 mRNA 合成的實時可視化》文獻(xiàn)發(fā)表在科學(xué)院院刊《PNAS》中。

眾所周知，mRNA是在形成和儲存記憶的過程中產(chǎn)生的，但在細(xì)胞水平上研究這一過程的技術(shù)一直受到限制。以前的研究經(jīng)常涉及解剖老鼠以檢查它們的大腦。這項新技術(shù)為科學(xué)家們提供了一個了解老鼠大腦中 RNA 合成的窗口，而老鼠還活著。

“記憶被認(rèn)為是在稱為記憶痕跡或印跡細(xì)胞的神經(jīng)元群中編碼的。然而，由于難以在體內(nèi)長時間實時監(jiān)測這些細(xì)胞的動力學(xué)，因此對這些細(xì)胞的動力學(xué)知之甚少。為了克服這一限制，我們提出了一種基因編碼的 RNA 指示劑 (GERI) 小鼠，用于對內(nèi)源性 Arc 信使 RNA (mRNA) 進(jìn)行活體慢性成像——這是一種記憶追蹤細(xì)胞的流行標(biāo)記，”研究人員寫道。

“我們使用我們的 GERI 實時識別 Arc 陽性神經(jīng)元，而不會出現(xiàn)與傳統(tǒng)方法中報告蛋白表達(dá)相關(guān)的延遲。我們發(fā)現(xiàn)海馬 CA1 區(qū)域的 Arc 后，壓后皮層中約 4% 的神經(jīng)元始終表達(dá) Arc 上下文恐懼條件反射和重復(fù)記憶檢索在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中導(dǎo)航的小鼠 CA1 中 GERI 和鈣指示劑的雙重成像顯示，只有在編碼和檢索期間表達(dá) Arc 以特定于上下文的方式表現(xiàn)出相對較高的鈣活性。

這種體內(nèi) RNA 成像方法為揭示各種學(xué)習(xí)和記憶過程背后的神經(jīng)元群體的動態(tài)提供了可能性。人們對大腦中的記憶仍然知之甚少，該研究的主要作者 Hye Yoon Park 博士解釋說。 “眾所周知，mRNA 合成對記憶很重要，但永遠(yuǎn)不可能在活體大腦中成像。我們的工作是對該領(lǐng)域的重要貢獻(xiàn)。我們現(xiàn)在擁有這項新技術(shù)，神經(jīng)生物學(xué)家可以在未來將其用于各種不同的實驗和記憶測試?！?

過程涉及許多關(guān)鍵步驟

該過程涉及基因工程、雙光子激發(fā)顯微鏡和優(yōu)化的圖像處理軟件。通過對小鼠進(jìn)行基因改造，使其產(chǎn)生用綠色熒光蛋白標(biāo)記的 mRNA，研究人員能夠看到小鼠大腦何時何地產(chǎn)生 Arc mRNA，這是他們正在尋找的特定類型的分子。

因為老鼠還活著，科學(xué)家們可以研究它更長的時間。使用這個新過程，研究人員在老鼠身上進(jìn)行了兩項實驗，他們能夠在一個月內(nèi)實時看到神經(jīng)元在老鼠形成和儲存記憶時所做的事情。

從歷史上看，神經(jīng)科學(xué)家們推測，當(dāng)記憶形成時，大腦中的某些神經(jīng)元群會放電，而當(dāng)記住那個時刻或事件時，這些相同的細(xì)胞會再次放電。然而，在這兩個實驗中，研究人員發(fā)現(xiàn)，不同組的神經(jīng)元每天都會觸發(fā)它們觸發(fā)小鼠的記憶。

在小鼠產(chǎn)生這種記憶后的幾天內(nèi)，他們能夠在大腦的壓后皮層 (RSC) 區(qū)域中找到一小組重疊或每天持續(xù)產(chǎn)生 Arc mRNA 的細(xì)胞。他們認(rèn)為負(fù)責(zé)記憶的長期存儲。

研究是關(guān)于記憶的產(chǎn)生和檢索，如果能夠了解這是如何發(fā)生的，這將有助于我們了解阿爾茨海默病和其他與記憶相關(guān)的疾病。也許患有阿爾茨海默病的人仍然將記憶存儲在某個地方——他們只是無法找回它們。所以從長遠(yuǎn)來看，也許這項研究可以幫助我們克服這些疾病。

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