如何看待近期科学家发现了记忆的分子机制？ 第1页

题目里的论文谈论的机制并不是说记忆存储于基因，而是突触可塑性在表观遗传方面的机制。所谓“染色质的大规模重塑”，在论文里是指染色质片段的空间重组（折叠方式的改变）和启动子-增强子相互作用，属于表观遗传修饰，目的是上调一些基因的表达水平来合成胞内区室运作所需的蛋白质。这个过程中并没有发生DNA序列改变，没有往基因里储存任何东西，回忆时也并不对基因进行任何特殊的检索。

“通过基因实现”这样大而化之的说法是非常宽泛的，你要合成蛋白质，当然会使用相应的基因。突触的机能需要大量的蛋白质。人类大脑是规模庞大的神经网络，突触是这个网络的节点，是神经细胞间相互连接和通讯的结构及功能单元。突触后膜下方存在高度致密、高度动态的蛋白质复合物结构“突触后致密区”，负责接收由突触前端释放的神经递质，参与调控突触信号的传递和突触的可塑性。体内和体外的实验证明，突触后致密区可以聚集受体、选择性浓缩酶、促进肌动蛋白束形成、排出抑制性突触后蛋白。

1949年，唐纳德·赫布发表了二十世纪最具影响力的神经科学理论之一：两个总是同时放电的脑细胞之间会建立突触连接，并随着记忆巩固和重新激活而增强。一个神经元的活动会促进其后的神经元活动，这就是长时记忆储存的基础。

• 2018年4月27日，首尔国立大学研究组开发出强化版双GRASP技术，使用携带不同荧光蛋白的AAV病毒标记印迹细胞和非印迹细胞，发现记忆形成后海马CA3印迹细胞到CA1印迹细胞的突触连接显著增强，突触传递信号的效率提高。在不同的记忆强度下，参与的印迹细胞数量不变，突触连接强度编码了记忆的强度。这支持赫布的理论。

题目里的论文来自美国麻省理工学院Asaf Marco课题组，描述他们在小鼠实验中确定了记忆和回忆过程中印迹细胞的表观遗传状态、三维基因组结构和转录环境。他们发现：

• 记忆编码导致表观遗传启动，特征是增强子的可及性增加^[1]，还没有发生转录变化；
• 记忆巩固导致大染色质片段的空间重组^[2]和启动子-增强子相互作用；
• 在回忆阶段中记忆被重新激活的时候，增强子与各自的启动子接触，上调涉及突触区室中的蛋白质翻译之基因的表达水平^[3]。

Marco博士总结说“这项研究首次表明，记忆的形成是在回忆阶段由表观修饰启动的增强子刺激基因表达来驱动的”“在记忆编码和巩固阶段发生的染色质结构变化，是细胞在为回忆阶段的记忆加强做准备^[4]”。

参考

1. ^ 染色质由双链DNA和组蛋白紧密缠绕形成，当某些区域的表观遗传学修饰发生改变而变得较为松散时，暴露出来的DNA可以让上面的基因更容易被读取解码。在这个阶段，变松散的区域不是编码蛋白质的基因，而是非编码序列“增强子”，其功能是帮助特定基因启动。
2. ^ 围绕增强子的染色质3D结构发生了更多变化，许多增强子与它们服务的基因在空间上彼此靠近，但序列没有改变
3. ^ 在增强子支持下启动的许多基因参与突触蛋白的合成，导致神经细胞之间很快形成更牢固的连接
4. ^ Neuroscientists discover a molecular mechanism that allows memories to form. Retrieved Nov. 10, 2020, from https://news.mit.edu/2020/engram-memories-form-1005