【洪存正專欄】記憶是透過破壞 DNA 並修復它而形成的

當長期記憶形成時，有些腦細胞會經歷強烈的電活動，以至於折斷它們的 DNA。一項針對小鼠的研究表明，隨後發炎反應就會啟動，修復這種損傷並幫助鞏固記憶。馬克斯·科茲洛夫 Max Kozlov發表在最新一期《自然》(Nature)的<記憶是透過破壞 DNA 並修復它而形成的>( Memories are made by breaking DNA — and fixing it)指出，一項針對小鼠的研究發現，神經細胞在發炎反應的幫助下形成長期記憶。(Nerve cells form long-term memories with the help of an inflammatory response, study in mice finds.)
形成記憶是一件「危險的事」?
麻省理工學院神經生物學家 Li-Huei Tsai表示，這項研究結果發表於 3 月 27 日《自然》雜誌上，「非常令人興奮」。她說，它們讓人們認為形成記憶是一件「危險的事」。通常，雙螺旋 DNA 分子兩條鏈的斷裂與包括癌症在內的疾病有關。但在這種情況下，DNA 損傷和修復週期為記憶如何形成和持續提供了一種解釋。
研究報告的合著者、阿爾伯特愛因斯坦醫學院的神經科學家耶琳娜·拉杜洛維奇(Jelena Radulovic) 表示，這也表明了一種誘人的可能性：患有阿爾茨海默氏症等神經退化性疾病的人的這種循環可能存在缺陷，導致神經元DNA 中錯誤的積累。在紐約市。
將 DNA 損傷與記憶聯繫起來
這並不是第一次將 DNA 損傷與記憶聯繫起來。 2021 年，Tsai 和她的同事發現雙股 DNA 斷裂在大腦中廣泛存在，並將其與學習聯繫起來。
為了更了解這些DNA 斷裂在記憶形成中所起的作用，Radulovic 和她的同事訓練老鼠將輕微的電擊與新環境聯繫起來，這樣當動物再次被放入那個環境時，它們就會「記住」這段經歷並表現出恐懼的跡象，例如僵在原地。然後，研究人員檢查了大腦中記憶關鍵區域——海馬體中神經元的基因活動。他們發現，訓練四天后，一組神經元中一些負責發炎的基因變得活躍。訓練三週後，相同的基因活性大大降低。
如何查看記憶
研究團隊找出了發炎的原因：一種名為 TLR9 的蛋白質，它會引發對細胞內部漂浮的 DNA 片段的免疫反應。拉杜洛維奇說，這種發炎反應類似於免疫細胞在防禦病原體入侵的遺傳物質時所使用的發炎反應。然而，研究人員發現，在這種情況下，神經細胞不是對入侵者做出反應，而是對它們自己的 DNA 做出反應。
TLR9 在 DNA 斷裂且難以修復的海馬神經元子集中最為活躍。在這些細胞中，DNA 修復機制在稱為中心體的細胞器中積累，該細胞器通常與細胞分裂和分化相關。然而，成熟的神經元不會分裂，Radulovic 說，因此中心體參與 DNA 修復令人驚訝。她想知道記憶的形成是否是透過一種類似免疫細胞適應它們所遇到的外來物質的機制。換句話說，在損傷和修復週期中，神經元可能會編碼觸發 DNA 斷裂的記憶形成事件的訊息，她說。
當研究人員從小鼠體內刪除編碼TLR9 蛋白的基因時，這些動物很難回憶起有關訓練的長期記憶：與基因完好的小鼠相比，當它們被置於先前受到電擊的環境中時，它們凍結的次數少很多。拉杜洛維奇說，這些發現表明「我們正在使用自己的 DNA 作為訊號系統」來「長期保留訊息」。
該團隊的發現如何與記憶形成的其他發現相吻合仍不清楚。例如，研究人員已經證明，海馬神經元的子集（稱為印跡）是記憶形成的關鍵3。這些細胞可以被認為是單一記憶的物理痕跡，它們在學習事件後表達某些基因。但作者說，拉杜洛維奇和她的同事觀察到與記憶相關的發炎的神經元組與印跡神經元大多不同。
閃爍的燈光顯示了記憶是如何形成的
都柏林三一學院的印跡神經科學家 Tomás Ryan 表示，這項研究提供了「迄今為止最好的證據，證明 DNA 修復對記憶很重要」。但他質疑神經元是否編碼與印跡不同的東西——相反，他說，DNA 損傷和修復可能是印跡產生的結果。 「形成印跡是一個影響很大的事件；之後你必須做很多家務活，」他說。
Tsai 希望未來的研究能解決雙股 DNA 斷裂是如何發生的，以及它們是否也發生在其他大腦區域。
與瑞安一起在都柏林三一學院工作的神經科學家克拉拉·奧爾特加·德·聖路易斯 (Clara Ortega de San Luis) 表示，這些結果引起了人們對細胞內記憶形成和持久機制的急需關注。她說：“我們對神經元之間的連接性和神經可塑性了解很多，但對神經元內部發生的事情卻知之甚少。”