اكتشاف آلية جديدة للحمض النووي في الذاكرة

ملخص: حدد الباحثون آلية جديدة تؤثر من خلالها التغيرات في بنية الحمض النووي، وتحديدًا الحمض النووي G-quadruplex DNA (G4-DNA)، على تكوين الذاكرة. تكشف دراستهم أن G4-DNA يتراكم في الخلايا العصبية ويؤثر ديناميكيًا على تنشيط الجينات وكبتها المهم للذاكرة طويلة المدى.

وباستخدام تقنية كريسبر، أثبت الفريق أن هيليكاز الحمض النووي DHX36 ينظم بشكل مباشر هياكل G4-DNA في الدماغ. لا يغير هذا الاكتشاف فهمنا لدور الحمض النووي في الذاكرة فحسب، بل يفتح أيضًا آفاقًا جديدة لدراسة الاضطرابات المرتبطة بالذاكرة.

مفتاح الحقائق:

1. توفر هذه الدراسة أول دليل على وجود G4-DNA في الخلايا العصبية، مما يسلط الضوء على دوره الوظيفي في تنظيم التعبير الجيني المرتبط بالذاكرة.
2. استخدم الباحثون تحرير الجينات المتقدم القائم على تقنية كريسبر لتحديد الدور الرئيسي لهليكاز الحمض النووي THX36 وكيفية تنظيم هياكل G4-DNA في الدماغ.
3. تشير النتائج إلى أن بنية الحمض النووي، بما يتجاوز تسلسله، تلعب دورًا مهمًا في كيفية تشفير التجارب في الدماغ، مما قد يؤثر على علاجات الحالات المرتبطة بالذاكرة.

مصدر: معهد كوينزلاند للدماغ

اكتشف فريق بحث تعاوني دولي، يضم علماء من معهد كوينزلاند للدماغ (QBI) بجامعة كوينزلاند، آلية جديدة تقوم عليها الذاكرة والتي تتضمن تغييرات سريعة في بنية محددة للحمض النووي.

وجد الفريق أن الحمض النووي G-quadruplex (G4-DNA) يتراكم في الخلايا العصبية ويتحكم ديناميكيًا في تنشيط وقمع الجينات الأساسية لتكوين الذاكرة طويلة المدى.

بالإضافة إلى ذلك، وباستخدام تقنية تحرير الجينات المتقدمة المستندة إلى كريسبر، كشف الفريق عن الآلية السببية الكامنة وراء تنظيم G4-DNA في الدماغ، والتي تتضمن ترسيبًا محددًا لموقع DNA helicase، DHX36.

دراسة جديدة نشرت مجلة علم الأعصابيوفر أول دليل على أن G4-DNA موجود في الخلايا العصبية ويشارك وظيفيًا في التعبير عن حالات الذاكرة المختلفة.

تسلط الدراسة، التي أجراها الدكتور بول مارشال من الجامعة الوطنية الأسترالية وفريق من المتعاونين من معهد قطر للذكاء الاصطناعي وجامعة لينشوبينغ ومعهد وايزمان للعلوم وجامعة كاليفورنيا إيرفين، الضوء على الدور الذي تلعبه هياكل الحمض النووي الديناميكية في تعزيز الذاكرة.

مرونة الحمض النووي

لعقود من الزمن، اعتبر العديد من العلماء أن موضوع الحمض النووي يجب أن يتم حله. يُعرف الحمض النووي على نطاق واسع بأنه حلزون مزدوج أيمن، وتحدث التغييرات في هذا الهيكل فقط أثناء تكرار الحمض النووي ونسخه.

يتكون هذا الهيكل من سلسلتين من الحمض النووي تحتويان على أربع قواعد: الأدينين (A) والثايمين (T)، والجوانين (G) والسيتوزين (C)، والتي تشكل معًا درجات سلم الحمض النووي.

الآن نعلم أن هذه ليست القصة الكاملة. يشرح البروفيسور تيم برادي من QBI أن الحمض النووي يمكن أن يتخذ مجموعة متنوعة من الحالات التشكلية التي تعتبر مهمة وظيفيًا للعمليات الخلوية.

وقال البروفيسور برادي: “إن طوبولوجيا الحمض النووي أكثر ديناميكية بكثير من الحلزون المزدوج القياسي الذي يفترضه معظم الباحثين في هذا المجال”.

“في الواقع تم تحديد أكثر من 20 موقعًا مختلفًا لهيكل الحمض النووي حتى الآن، كل منها يوفر دورًا مختلفًا في تنظيم التعبير الجيني.”

وفي الدراسة الجديدة، يظهر الفريق الآن أن نسبة كبيرة من هذه الهياكل تشارك في تنظيم التعبير الجيني المعتمد على النشاط وهي ضرورية لتكوين الذاكرة.

على الرغم من أن التعديلات اللاجينية لها ارتباط راسخ باللدونة العصبية والذاكرة، إلا أنه لا يُعرف سوى القليل عن كيفية تأثير التغيرات المحلية في بنية الحمض النووي على التعبير الجيني.

تتراكم الجوانين في خلايا G4-DNA أثناء طيها لتكوين بنية DNA مستقرة رباعية الجدائل. على الرغم من وجود أدلة على دور هذا النظام في تنظيم النسخ، قبل هذه الدراسة، لم يتم استكشاف مشاركته في التعبير الجيني المعتمد على الخبرة.

G4-DNA ينظم الذاكرة

يتراكم G4-DNA بشكل عابر في الخلايا العصبية النشطة أثناء التعلم. يتم تكوين هذا الهيكل الرباعي خلال أجزاء من الثانية أو الدقائق، بنفس معدل النسخ العصبي استجابةً للتجربة.

يمكن أن يشارك هيكل G4-DNA في النسخ المعزز والضعيف في الخلايا العصبية النشطة لتنشيط حالات الذاكرة المختلفة.

تسلط هذه الآلية الضوء على كيفية استجابة الحمض النووي ديناميكيًا للتجربة، وتشير إلى أن لديه القدرة على تخزين المعلومات ليس فقط مشفرة أو لاجينية، ولكن أيضًا هيكليًا.

يطفئ الذكريات المخيفة

إن القضاء على الخوف المشروط هو تكيف سلوكي مهم للبقاء على قيد الحياة. ويعتمد انقراض الخوف على تكوين ذكريات جديدة طويلة الأمد مع عناصر بيئية مماثلة للتنافس مع الذاكرة المرتبطة بالخوف واكتسابها.

يعتمد تكوين ذكريات الانقراض طويلة المدى على التغيرات المنسقة في التعبير الجيني.

البروفيسور برادي، أصبح من الواضح الآن أن التعبير الجيني الناجم عن النشاط الكامن وراء الانقراض هو عملية منسقة بإحكام.

“لا يتم تحديد هذه العملية فقط من خلال تسلسل الحمض النووي أو تعديل الحمض النووي، ولكنها تعتمد على التفاعلات الزمنية بين آلية النسخ وهياكل الحمض النووي المختلفة، G4-DNA.

“يوسع هذا الاكتشاف فهمنا لكيفية عمل الحمض النووي كجهاز تحكم نسخي ديناميكي للغاية في التعلم والذاكرة.”

هذه أخبار عن أبحاث علم الوراثة والتعلم والذاكرة

مؤلف: تيم برادي
مصدر: معهد كوينزلاند للدماغ
اتصال: تيم برادي – معهد كوينزلاند للدماغ
صورة: يُنسب الفيلم إلى Neuronews

البحث الأصلي: وصول مغلق.
“DNA G-Quadruplex هو جهاز تحكم نسخي ينظم الذاكرة“تيم برادي وآخرون. مجلة علم الأعصاب

ملخص

DNA G-Quadruplex هو جهاز تحكم نسخي ينظم الذاكرة

تعدل الحالة التوافقية للحمض النووي بدقة معدل النسخ ووفرة الحمض النووي الريبي (RNA).

هنا، نذكر أن G-quadruplex DNA (G4-DNA) يتراكم في الخلايا العصبية بطريقة تعتمد على الخبرة وهو ضروري لإسكات عابر وتفعيل الجينات المشاركة بشكل حاسم في التعلم والذاكرة لدى الذكور C57 /. الفئران BL6.

بالإضافة إلى ذلك، فإن دقة G4-DNA الخاصة بالموقع عن طريق ترسيب dCas9 بوساطة الهليكوبتر DHX36 يضعف ذاكرة انقراض الخوف. وبالتالي فإن الحالات الهيكلية الديناميكية للحمض النووي تمثل آلية جزيئية رئيسية تكمن وراء تعزيز الذاكرة.