由明尼蘇達(dá)大學(xué)雙城分校的一個(gè)團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家表示，他們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種新方法，使科學(xué)家和工程師能夠可視化活體小鼠大腦中的 mRNA 分子。這項(xiàng)研究揭示了關(guān)于記憶如何在大腦中形成和存儲(chǔ)的新見(jiàn)解，并可以為科學(xué)家提供有關(guān)阿爾茨海默氏癥等疾病的新信息。題為《活小鼠記憶形成過(guò)程中 mRNA 合成的實(shí)時(shí)可視化 》文獻(xiàn)發(fā)表在科學(xué)院院刊《PNAS》中。

眾所周知，mRNA是在形成和儲(chǔ)存記憶的過(guò)程中產(chǎn)生的，但在細(xì)胞水平上研究這一過(guò)程的技術(shù)一直受到限制。  以前的研究經(jīng)常涉及解剖老鼠以檢查它們的大腦。  這項(xiàng)新技術(shù)為科學(xué)家們提供了一個(gè)了解老鼠大腦中 RNA 合成的窗口，而老鼠還活著。

“記憶被認(rèn)為是在稱為記憶痕跡或印跡細(xì)胞的神經(jīng)元群中編碼的。 然而，由于難以在體內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)這些細(xì)胞的動(dòng)力學(xué)，因此對(duì)這些細(xì)胞的動(dòng)力學(xué)知之甚少。 為了克服這一限制，我們提出了一種基因編碼的 RNA 指示劑 (GERI) 小鼠，用于對(duì)內(nèi)源性 Arc 信使 RNA (mRNA) 進(jìn)行活體慢性成像——這是一種記憶追蹤細(xì)胞的流行標(biāo)記，”研究人員寫(xiě)道。

“我們使用我們的 GERI 實(shí)時(shí)識(shí)別 Arc 陽(yáng)性神經(jīng)元，而不會(huì)出現(xiàn)與傳統(tǒng)方法中報(bào)告蛋白表達(dá)相關(guān)的延遲。 我們發(fā)現(xiàn)海馬 CA1 區(qū)域的 Arc 后，壓后皮層中約 4% 的神經(jīng)元始終表達(dá) Arc 上下文恐懼條件反射和重復(fù)記憶檢索 在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中導(dǎo)航的小鼠 CA1 中 GERI 和鈣指示劑的雙重成像顯示，只有在編碼和檢索期間表達(dá) Arc 以特定于上下文的方式表現(xiàn)出相對(duì)較高的鈣活性。

這種體內(nèi) RNA 成像方法為揭示各種學(xué)習(xí)和記憶過(guò)程背后的神經(jīng)元群體的動(dòng)態(tài)提供了可能性。人們對(duì)大腦中的記憶仍然知之甚少，該研究的主要作者 Hye Yoon Park 博士解釋說(shuō)。  “眾所周知，mRNA 合成對(duì)記憶很重要，但永遠(yuǎn)不可能在活體大腦中成像。   我們的工作是對(duì)該領(lǐng)域的重要貢獻(xiàn)。  我們現(xiàn)在擁有這項(xiàng)新技術(shù)，神經(jīng)生物學(xué)家可以在未來(lái)將其用于各種不同的實(shí)驗(yàn)和記憶測(cè)試?！?

過(guò)程涉及許多關(guān)鍵步驟

該過(guò)程涉及基因工程、雙光子激發(fā)顯微鏡和優(yōu)化的圖像處理軟件。  通過(guò)對(duì)小鼠進(jìn)行基因改造，使其產(chǎn)生用綠色熒光蛋白標(biāo)記的 mRNA，研究人員能夠看到小鼠大腦何時(shí)何地產(chǎn)生 Arc mRNA，這是他們正在尋找的特定類型的分子。

因?yàn)槔鲜筮€活著，科學(xué)家們可以研究它更長(zhǎng)的時(shí)間。  使用這個(gè)新過(guò)程，研究人員在老鼠身上進(jìn)行了兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，他們能夠在一個(gè)月內(nèi)實(shí)時(shí)看到神經(jīng)元在老鼠形成和儲(chǔ)存記憶時(shí)所做的事情。

從歷史上看，神經(jīng)科學(xué)家們推測(cè)，當(dāng)記憶形成時(shí)，大腦中的某些神經(jīng)元群會(huì)放電，而當(dāng)記住那個(gè)時(shí)刻或事件時(shí)，這些相同的細(xì)胞會(huì)再次放電。  然而，在這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中，研究人員發(fā)現(xiàn)，不同組的神經(jīng)元每天都會(huì)觸發(fā)它們觸發(fā)小鼠的記憶。

在小鼠產(chǎn)生這種記憶后的幾天內(nèi)，他們能夠在大腦的壓后皮層 (RSC) 區(qū)域中找到一小組重疊或每天持續(xù)產(chǎn)生 Arc mRNA 的細(xì)胞。他們認(rèn)為負(fù)責(zé)記憶的長(zhǎng)期存儲(chǔ)。

研究是關(guān)于記憶的產(chǎn)生和檢索，如果能夠了解這是如何發(fā)生的，這將有助于我們了解阿爾茨海默病和其他與記憶相關(guān)的疾病。   也許患有阿爾茨海默病的人仍然將記憶存儲(chǔ)在某個(gè)地方——他們只是無(wú)法找回它們。  所以從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，也許這項(xiàng)研究可以幫助我們克服這些疾病。

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