Epigenetiska mekanismer styr minnesbildning i hjärnan

Det är känt att särskilda nervceller i hjärnan innehåller koden till våra minnen men hur går det till på molekylär nivå när minnen skapas, lagras och förändras? Forskare har för första gången visat att epigenetiska förändringar både kan förstärka och hämma bildandet av minnen kopplade till rädsla hos möss.

CRISPR för ett förändrat genuttryck

Epigenetik påverkar geners uttryck, det vill säga hur aktiva gener är och hur mycket protein som tillverkas när en gen läses av. Mer konkret handlar epigenetik om att kemiska föreningar, till exempel metylgrupper, fäster antingen direkt till DNA eller till de histonproteiner som DNA-strängen ligger snurrad runt. Det påverkar i sin tur hur tillgängliga olika gener är för att läsas av.

Forskarna utvecklade ett CRISPR-baserat verktyg för att kunna ändra det epigenetiska tillståndet hos en gen och därmed minska genens aktivitet i minneskodande nervceller hos möss. Den gen som valdes ut för studien är Arc som man sedan tidigare vet är inblandad i inlärning och i nervcellers förmåga att anpassa sin reaktivitet.

Förändrat genuttryck påverkar minnesstyrkan

Experimentet gick ut på att skapa minnen av rädsla hos mössen genom att koppla ihop en viss kontext med obehaget av en elstöt i tassen. Efter två dagar utsattes de för samma kontext igen, fast utan elstöt och deras nivå av rädsla mättes i deras frysreaktion, alltså hur länge de ”frös till” och blev orörliga när de mötte den kontext de tidigare kopplat till obehag.

De möss som hade modifierats så att de hade ett minskat uttryck av Arc hade en kortare frysreaktion jämfört med kontrollgruppen. Det indikerar att det minne de formade av den tidigare händelsen inte var lika starkt och att uttrycket av Arc påverkar minnesbildningen. Forskarna vände sedan på konceptet och stängde av den epigenetiska ”bromsen” med så kallade anti-CRISPR-proteiner så att aktiviteten av Arc-genen ökade igen.

När de upprepade experimentet med kontextuell betingning av rädsla, kunde de mäta en längre frysreaktion hos mössen. Kontrollgruppens frysreaktion ökade också i experiment nummer två, men inte alls lika mycket.

Studien ger det första kausala beviset för att epigenetiska förändringar på specifika platser i genomet fungerar som molekylära strömbrytare för skapandet av minnen kopplade till rädsla.