DNA甲基化参与小鼠恐惧反应的消退
降低甲基化相关读出后,小鼠消退训练后的回忆反应较强;提高相关读出可加快训练中的反应减弱,但后续回忆并无显著差别。
原本预示危险的线索,后来不再伴随危险,动物会逐渐减少恐惧反应。这种记忆消退需要新的经验与旧有联系相遇。发表于 World Journal of Psychiatry 的研究观察成年雄鼠,发现海马 DNA 甲基化的变化,与消退相关行为、神经活动和细胞结构相连;训练时的变化与之后的回忆结果,则呈现出不同关系。
RG108 降低海马总体甲基化,并伴随后续回忆凝固较高、齿状回树突棘密度较低。甲硫氨酸相关干预提高甲基化,加快消退训练中的凝固下降,未显著改变后续回忆。
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学习新的关系,需要细胞参与
在小鼠研究中,凝固是一种常用的恐惧相关行为读出。消退过程中,同样的线索不再伴随原来的危险事件,凝固通常逐步下降。这个过程能帮助研究者观察已有学习怎样随新经验改变,同时比较当时的行为与之后重新遇到线索时的表现。
DNA 甲基化是调节基因使用的一种方式,不需要改变 DNA 序列。负责添加甲基标记的酶,与神经可塑性和记忆过程有关。团队因此关注海马中的甲基化读出,以及它与齿状回细胞响应之间的联系。
齿状回通常与环境和情境相关的记忆过程相连,这项研究则观察了声音线索下的反应。关注点不仅是动物是否还能回应一个声音,也包括相关经验形成以后,细胞状态如何伴随后续学习变化。消退因而成为连接行为时间线与细胞调节的一个观察窗口。
训练相近,之后的回忆却不同
接受 RG108 的小鼠,海马总体 DNA 甲基化水平较低。研究采用了回忆后接续消退的情境:两组原先形成的恐惧反应相近,消退训练期间的凝固下降也没有显著组间差别;到了次日回忆,RG108 组凝固较高。
同样经历了训练,之后的反应却出现差别。结果把甲基化相关变化与消退后的表现联系起来,也提示仅看训练当时的凝固下降,未必能知道之后会怎样回应。记忆过程的不同时间点,提供了不同的信息。
来源:Jiang L et al. · World journal of psychiatry · CC BY-NC
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齿状回树突棘密度较低
在另一组训练后的组织观察中,RG108 组齿状回的 Dnmt3a 阳性细胞密度较低,树突棘密度也下降。Dnmt3a 是一种 DNA 甲基转移酶,树突棘则是细胞接收突触输入的重要结构,两类读出把分子状态与神经结构放到同一研究问题中。
这种结构差别引出了对动态活动的观察。团队希望知道,在同样的学习情境里,相关细胞的响应方式是否也不同。于是,研究从训练后的静态图像,转向了线索出现时的实时钙信号。
来源:Jiang L et al. · World journal of psychiatry · CC BY-NC
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钙响应差别集中在线索后半段
背侧齿状回记录显示,回忆阶段的群体钙响应没有显著组间差别。在消退阶段,RG108 组的响应在线索后半段较低,线索结束后逐渐恢复。前半段比较与整个阶段的总体组效应未达到显著,时间细分揭示了更局部的差别。
这一发现让“神经活动改变”变得具体:差别并不贯穿每一个阶段或每一个时刻,而是在特定学习片段出现。它与训练后结构读出一起,呈现了甲基化相关干预下细胞状态的多个侧面。
来源:Jiang L et al. · World journal of psychiatry · CC BY-NC
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凝固下降加快,回忆结果相近
团队随后考察甲硫氨酸相关干预。海马总体甲基化读出升高后,小鼠在常规消退训练中凝固下降较快。然而,后续回忆时两组并没有显著差别。干预改变了学习过程中的下降速度,并没有同时带来更低的最终回忆反应。
这项比较使用的训练情境,与 RG108 的回忆后消退情境不同。两组结果分别揭示了甲基化相关变化在各自条件下的表现:一组在次日回忆中出现差别,另一组主要影响训练阶段的过程。
对照组在这些训练中也出现了凝固下降。提高甲基化相关读出的影响,体现为已有消退过程中的速度差别;到了后续回忆,两组都呈现较低的线索相关反应。
来源:Jiang L et al. · World journal of psychiatry · CC BY-NC
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较久前形成的记忆也有过程变化
对于较久前形成的恐惧记忆,提高甲基化相关读出也加快了第一天的消退;到了第二天及随后回忆,差别不再显著。近期与较早形成的记忆,都能在训练过程中显示变化,但变化出现的时段有自己的范围。
研究对象是成年雄鼠,干预作用于全身,甲基化测量来自海马总体读出。最直接的认识,是分子调节、神经响应与恐惧反应的减弱存在联系,而“学得更快”与“之后反应更低”在这组观察中并不等同。