Međunarodni istraživački tim za saradnju, uključujući naučnike sa UK Instituta za mozak u Kvinslendu (KBI), otkrio je novi mehanizam koji leži u osnovi pamćenja koji uključuje brze promene u specifičnoj strukturi DNK.
Tim je otkrio da se G-kvadrupleks DNK (G4-DNK) akumulira u neuronima i dinamički kontroliše aktivaciju i represiju gena koji su u osnovi formiranja dugotrajne memorije.
Pored toga, koristeći naprednu tehnologiju za uređivanje gena zasnovanu na CRISPR-u, tim je otkrio uzročni mehanizam koji leži u osnovi regulacije G4-DNK u mozgu, što uključuje taloženje DNK helikaze, DHKS36, usmereno na mesto.
Nova studija, objavljena u Journal of Neuroscience, pruža prve dokaze da je G4-DNK prisutna u neuronima i funkcionalno uključena u izražavanje različitih stanja pamćenja.
Studija, koju je vodio dr Pol Maršal sa Australijskog nacionalnog univerziteta i KBI i tima saradnika sa Univerziteta Linkoping, Vajcman instituta za nauku i Kalifornijskog univerziteta Irvin, naglašava ulogu koju dinamičke strukture DNK igraju u konsolidaciji memorije.
Decenijama su mnogi naučnici smatrali da je tema DNK rešena. DNK je široko priznata kao desna dvostruka spirala, pri čemu se promene u ovoj strukturi dešavaju samo tokom replikacije i transkripcije DNK. Ova struktura sadrži dva lanca nukleinske kiseline sa četiri baze: adenin (A) i timin (T), gvanin (G) i citozin (C), koji se uparuju i formiraju stepenice DNK lestvice.
Sada znamo da ovo nije potpuna priča. Profesor iz KBI-a Tim Bredi objašnjava da DNK može da preuzme različita konformaciona stanja koja su funkcionalno važna za ćelijske procese.
„Topologija DNK je mnogo dinamičnija od statične, desne duple spirale, kao što pretpostavlja većina istraživača u ovoj oblasti“, rekao je profesor Bredi.
„Zapravo postoji više od 20 različitih stanja strukture DNK identifikovanih do danas, od kojih svako potencijalno služi različitoj ulozi u regulaciji ekspresije gena.“
U novoj studiji, tim je sada pokazao da je značajan deo ovih struktura uzročno uključen u regulaciju ekspresije gena zavisne od aktivnosti i zahteva formiranje pamćenja.
Iako epigenetske modifikacije imaju dobro uspostavljenu vezu sa neuronskom plastičnošću i pamćenjem, do danas se malo zna o tome kako lokalne promene u strukturi DNK utiču na ekspresiju gena.
G4-DNK se akumulira u ćelijama kada se gvanini savijaju u stabilnu četvorolančanu DNK strukturu. Iako postoje dokazi o ulozi koju ova struktura igra u regulisanju transkripcije, pre ove studije, njeno učešće u ekspresiji gena zavisne od iskustva nije istraženo.
G4-DNK se prolazno akumulira u aktivnim neuronima tokom učenja. Formiranje ove kvadrapleks strukture odvija se tokom milisekundi ili minuta, istom brzinom neuronske transkripcije kao odgovorom na iskustvo.
Struktura G4-DNK stoga može biti uključena i u poboljšanu i u oštećenju transkripcije u aktivnim neuronima, na osnovu njihove aktivnosti, kako bi se omogućila različita stanja pamćenja.
Ovaj mehanizam naglašava kako DNK dinamički reaguje na iskustvo i sugeriše da ima kapacitet da skladišti informacije ne samo u svom kodu ili epigenetski, već i strukturno.
Nestanak uslovljenog straha je adaptacija ponašanja koja je ključna za opstanak. Izumiranje straha se oslanja na formiranje novih dugoročnih sećanja sa sličnim elementima životne sredine, kako bi se takmičili i preuzeli pamćenje vezano za strah.
Formiranje dugotrajnih sećanja na izumiranje zavisi od koordinisanih promena u ekspresiji gena.
Profesor Bredi je rekao da je sada očigledno da je ekspresija gena izazvana aktivnošću koja leži u osnovi izumiranja usko koordinisan proces.
„Ovaj proces zavisi od vremenskih interakcija između transkripcione mašinerije i raznih DNK struktura, uključujući G4-DNK, umesto da bude određen isključivo sekvencom DNK ili modifikacijom DNK, kako se često pretpostavlja.
„Ovo otkriće proširuje naše razumevanje o tome kako DNK funkcioniše kao veoma dinamičan uređaj za kontrolu transkripcije u učenju i pamćenju.“
