תפקידה של אפיגנטיקה בביטוי זיכרון

החוויות שלנו משאירות עקבות במוח, המאוחסנות בקבוצות קטנות של תאים הנקראות "אנגרמות". מאמינים כי אנגרמים מכילים מידע של זיכרון ומופעלים מחדש כאשר אנו זוכרים, מה שהופך אותם למעניינים מאוד למחקר על זיכרון ואובדן זיכרון הקשור לגיל או לטראומה.

יחד עם זאת, מדענים יודעים שהביולוגיה של הלמידה מלווה בשינויים אפיגנטיים, המתייחסים לדרכים שבהן התא מווסת גנים על ידי הוספת "פוסט-איט" כימיים על ה-DNA.

אבל השאלה אם המצב האפיגנטי של גן בודד בתורו יכול לגרום לזיכרון להשתנות נותרה עד כה ללא מענה.

צוות בראשות פרופסור יוהנס גראף במעבדה לנוירופיגנטיקה של EPFL שילב בקרת גנים מבוססת CRISPR עם טכניקה שמתייגת תאי אנגרם בעכברים. הם התמקדו קֶשֶׁתגן המסייע לנוירונים להתאים את הקשרים שלהם לנוירונים אחרים. על ידי מיקוד לאזור הבקרה של קֶשֶׁתהצוות שאל האם סיבוב ה"מתג" האפיגנטי שלו יכול לשנות ישירות את הזיכרון.

"מתג אפיגנטי"

החוקרים פיתחו כלים מיוחדים מבוססי CRISPR שיכולים להחליק או להגביר קֶשֶׁת פעילות בנוירוני זיכרון. חלקם, כמו הכלי KRAB-MeCP2, תוכננו לכבות את פעילות הגנים על ידי הוספת סימנים דכאניים שהופכים את ה-DNA לפחות נגיש, בעוד שאחרים פתחו את ה-DNA והפעילו את הגן. כלים אלה היו בעצם "מתג אפיגנטי" עבור קֶשֶׁת גֵן.

לאחר מכן הם השתמשו בווירוסים לא מזיקים כדי להעביר את הכלים האלה ישירות להיפוקמפוס של עכברים, אזור מוח מרכזי לאחסון ושליפה של זיכרון. לאחר מכן אומנו העכברים לקשר מקום ספציפי עם הלם רגל קל. על ידי שינוי המצב האפיגנטי של קֶשֶׁת בנוירונים, המדענים יכלו לראות אם החיות זוכרות את ההלם או לא. הם גם הוסיפו "מתג בטיחות" שיכול לבטל את העריכה ולאפס את מצב הזיכרון.

המחקר הראה כי השתקה אפיגנטית קֶשֶׁת בתאי אנגרם גרמו לעכברים לא ללמוד, בעוד שהגברת זה חיזקה את הזיכרון שלהם. השינויים הללו יכולים להתהפך באותה חיה, מה שמראה שה"מתג" האפיגנטי הזה יכול לחייג את ביטוי הזיכרון למעלה או למטה. אפילו זיכרונות שכבר היו בני מספר ימים, שבדרך כלל קשה לשנות, יכלו להשתנות. ברמה המולקולרית, העריכה גרמה לשינויים בפעילות הגנים ובאריזה של ה-DNA שתאמו את ההשפעות ההתנהגותיות.

שליטה בביטוי הזיכרון

המחקר הוא ההדגמה הישירה הראשונה ששינוי המצב האפיגנטי בתאי זיכרון הכרחי ומספיק כדי לשלוט בביטוי הזיכרון. הוא מצביע על דרכים חדשות לחקור כיצד מאוחסנים ומשתנים זיכרונות, אשר בסופו של דבר עשויות להיות רלוונטיות גם בבני אדם.

בעתיד, גישות דומות יכולות לעזור לחוקרים להבין טוב יותר מצבים שבהם עיבוד זיכרון משתבש, כגון זיכרונות טראומטיים ב-PTSD, זיכרונות הקשורים לתרופות בהתמכרות, או בעיות זיכרון המופיעות במחלות ניווניות.

תורמים אחרים

• מרכז מיומנות ביואינפורמטיקה של EPFL
• מרכז מחקר EPFL Synapsy למדעי המוח ובריאות הנפש