Penemuan mekanisme baru untuk memori DNA

ringkasan: Para peneliti telah mengidentifikasi mekanisme baru yang mempengaruhi pembentukan memori melalui perubahan struktur DNA, khususnya DNA G-quadruplex (G4-DNA). Studi mereka mengungkapkan bahwa G4-DNA terakumulasi dalam neuron, secara dinamis memengaruhi aktivasi dan represi gen, yang penting untuk memori jangka panjang.

Dengan menggunakan teknologi CRISPR, tim menunjukkan bahwa DNA helicase DHX36 secara langsung mengatur struktur G4-DNA di otak. Penemuan ini tidak hanya mengubah pemahaman kita tentang peran DNA dalam memori, namun juga membuka jalan baru untuk menyelidiki gangguan terkait memori.

Fakta-fakta kunci:

1. Studi ini memberikan bukti pertama keberadaan G4-DNA di neuron, menyoroti peran fungsionalnya dalam mengatur ekspresi gen yang terkait dengan memori.
2. Para peneliti menggunakan pengeditan gen canggih berbasis CRISPR untuk menentukan bagaimana struktur G4-DNA diatur di otak, dan menemukan peran penting DNA helikase DHX36.
3. Temuan ini menunjukkan bahwa struktur DNA, lebih dari sekedar urutannya, memainkan peran penting dalam bagaimana pengalaman dikodekan di otak, yang mungkin berdampak pada pengobatan kondisi yang berhubungan dengan memori.

sumber: Institut Otak Queensland

Sebuah tim peneliti kolaboratif internasional, termasuk ilmuwan dari Queensland Brain Institute (QBI) di Universitas Queensland, telah menemukan mekanisme baru yang mendasari memori yang melibatkan perubahan cepat pada struktur DNA tertentu.

Tim menemukan bahwa DNA G-quadraplex (G4-DNA) terakumulasi dalam neuron dan secara dinamis mengontrol aktivasi dan represi gen yang mendasari pembentukan memori jangka panjang.

Selain itu, dengan menggunakan teknologi pengeditan gen canggih berbasis CRISPR, tim mengungkapkan mekanisme penyebab yang mendasari regulasi G4-DNA di otak, yang melibatkan deposisi helikase DNA, DHX36, yang diarahkan ke lokasi.

Studi baru yang diterbitkan di Jurnal Ilmu SarafMemberikan bukti pertama bahwa G4-DNA terdapat dalam neuron dan secara fungsional terlibat dalam ekspresi berbagai keadaan memori.

Penelitian yang dilakukan oleh Dr Paul Marshall dari Australian National University, QBI dan tim kolaborator dari Linköping University, Weizmann Institute of Science dan University of California Irvine, menyoroti peran struktur DNA dinamis dalam konsolidasi memori.

Fleksibilitas DNA

Selama beberapa dekade, banyak ilmuwan menganggap masalah DNA harus diselesaikan. DNA secara luas dikenal sebagai heliks ganda bertangan kanan, dan perubahan pada struktur ini hanya terjadi selama replikasi dan transkripsi DNA.

Struktur ini mengandung dua untai DNA yang mengandung empat basa: adenin (A), timin (T), guanin (G) dan sitosin (C), yang berpasangan membentuk anak tangga DNA.

Kita sekarang tahu bahwa ini bukanlah keseluruhan cerita. Profesor Tim Brady dari QBI menjelaskan bahwa DNA dapat mengambil berbagai keadaan konformasi yang secara fungsional penting untuk proses seluler.

“Topologi DNA jauh lebih dinamis daripada heliks ganda tetap, seperti yang diasumsikan oleh sebagian besar peneliti di lapangan,” kata Profesor Priddy.

“Sebenarnya ada lebih dari 20 keadaan struktur DNA berbeda yang telah diidentifikasi sejauh ini, yang masing-masing kemungkinan memainkan peran berbeda dalam mengatur ekspresi gen.”

Dalam studi baru, tim kini telah menunjukkan bahwa sebagian besar struktur ini terlibat secara kausal dalam regulasi ekspresi gen yang bergantung pada aktivitas dan diperlukan untuk pembentukan memori.

Meskipun modifikasi epigenetik mempunyai hubungan kuat dengan plastisitas saraf dan memori, hingga saat ini hanya sedikit yang diketahui tentang bagaimana perubahan lokal dalam struktur DNA mempengaruhi ekspresi gen.

G4-DNA terakumulasi dalam sel ketika guanin terlipat menjadi struktur DNA beruntai empat yang stabil. Meskipun terdapat bukti mengenai peran struktur ini dalam regulasi transkripsional, sebelum penelitian ini, keterlibatannya dalam ekspresi gen yang bergantung pada pengalaman belum dieksplorasi.

G4-DNA mengatur memori

G4-DNA terakumulasi secara sementara di neuron aktif selama pembelajaran. Struktur kuaterner ini terbentuk dalam hitungan milidetik atau menit, dengan kecepatan transkripsi saraf yang sama sebagai respons terhadap pengalaman.

Dengan demikian, struktur G4-DNA dapat terlibat dalam mendorong dan melemahkan transkripsi di neuron aktif, bergantung pada aktivitasnya, untuk mengaktifkan kondisi memori yang berbeda.

Mekanisme ini menyoroti bagaimana DNA merespons pengalaman secara dinamis, dan menunjukkan bahwa ia memiliki kemampuan untuk menyimpan informasi tidak hanya dalam kode atau secara genetik, tetapi juga secara struktural.

– Memadamkan kenangan ketakutan

Punahnya rasa takut yang terkondisi merupakan adaptasi perilaku yang penting untuk kelangsungan hidup. Pemusnahan rasa takut bergantung pada pembentukan ingatan baru dan jangka panjang dengan elemen lingkungan serupa, untuk bersaing dan mengambil alih ingatan yang terkait dengan rasa takut.

Pembentukan ingatan kepunahan jangka panjang bergantung pada perubahan terkoordinasi dalam ekspresi gen.

Profesor Priddy mengatakan kini jelas bahwa ekspresi gen yang disebabkan oleh aktivitas yang mendasari kepunahan merupakan proses yang terkoordinasi dengan erat.

“Proses ini bergantung pada interaksi temporal antara mesin transkripsi dan berbagai struktur DNA, termasuk G4-DNA, dan bukan hanya ditentukan oleh rangkaian DNA atau modifikasi DNA seperti yang sering diasumsikan.

“Penemuan ini memperluas pemahaman kita tentang bagaimana DNA berfungsi sebagai perangkat kontrol transkripsional yang sangat dinamis dalam pembelajaran dan memori.”

Tentang berita penelitian genetika, pembelajaran dan memori

pengarang: Tim Brady
sumber: Institut Otak Queensland
komunikasi: Tim Brady – Institut Otak Queensland
gambar: Gambar dikreditkan ke Berita Neuroscience

Pencarian asli: Akses tertutup.
“DNA G-Quadruplex adalah perangkat kontrol transkripsi yang mengatur memori“Oleh Tim Brady dkk. Jurnal Ilmu Saraf

ringkasan

DNA G-Quadruplex adalah perangkat kontrol transkripsi yang mengatur memori

Keadaan konformasi DNA menyesuaikan laju transkripsi dan kelimpahan RNA.

Di sini, kami melaporkan bahwa DNA G-quadruplex (G4-DNA) terakumulasi dalam neuron, dengan cara yang bergantung pada pengalaman, dan hal ini diperlukan untuk membungkam dan aktivasi sementara gen yang sangat penting dalam pembelajaran dan memori pada tikus C57/BL6 jantan. .

Selain itu, resolusi G4-DNA spesifik lokasi oleh deposisi helikase DHX36 yang dimediasi dCas9 merusak memori kepunahan rasa takut. Keadaan struktural DNA dinamis mewakili mekanisme molekuler utama yang mendasari konsolidasi memori.