由明尼蘇達大學雙城分校的一個團隊領導的科學家表示，他們已經開發(fā)出一種新方法，使科學家和工程師能夠可視化活體小鼠大腦中的 mRNA 分子。這項研究揭示了關于記憶如何在大腦中形成和存儲的新見解，并可以為科學家提供有關阿爾茨海默氏癥等疾病的新信息。題為《活小鼠記憶形成過程中 mRNA 合成的實時可視化 》文獻發(fā)表在科學院院刊《PNAS》中。

眾所周知，mRNA是在形成和儲存記憶的過程中產生的，但在細胞水平上研究這一過程的技術一直受到限制。  以前的研究經常涉及解剖老鼠以檢查它們的大腦。  這項新技術為科學家們提供了一個了解老鼠大腦中 RNA 合成的窗口，而老鼠還活著。

“記憶被認為是在稱為記憶痕跡或印跡細胞的神經元群中編碼的。 然而，由于難以在體內長時間實時監(jiān)測這些細胞的動力學，因此對這些細胞的動力學知之甚少。 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，用于對內源性 Arc 信使 RNA (mRNA) 進行活體慢性成像——這是一種記憶追蹤細胞的流行標記，”研究人員寫道。

“我們使用我們的 GERI 實時識別 Arc 陽性神經元，而不會出現(xiàn)與傳統(tǒng)方法中報告蛋白表達相關的延遲。 我們發(fā)現(xiàn)海馬 CA1 區(qū)域的 Arc 后，壓后皮層中約 4% 的神經元始終表達 Arc 上下文恐懼條件反射和重復記憶檢索 在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中導航的小鼠 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 Arc 以特定于上下文的方式表現(xiàn)出相對較高的鈣活性。

這種體內 RNA 成像方法為揭示各種學習和記憶過程背后的神經元群體的動態(tài)提供了可能性。人們對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。  “眾所周知，mRNA 合成對記憶很重要，但永遠不可能在活體大腦中成像。   我們的工作是對該領域的重要貢獻。  我們現(xiàn)在擁有這項新技術，神經生物學家可以在未來將其用于各種不同的實驗和記憶測試?！?

過程涉及許多關鍵步驟

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

因為老鼠還活著，科學家們可以研究它更長的時間。  使用這個新過程，研究人員在老鼠身上進行了兩項實驗，他們能夠在一個月內實時看到神經元在老鼠形成和儲存記憶時所做的事情。

從歷史上看，神經科學家們推測，當記憶形成時，大腦中的某些神經元群會放電，而當記住那個時刻或事件時，這些相同的細胞會再次放電。  然而，在這兩個實驗中，研究人員發(fā)現(xiàn)，不同組的神經元每天都會觸發(fā)它們觸發(fā)小鼠的記憶。

在小鼠產生這種記憶后的幾天內，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)產生 Arc mRNA 的細胞。他們認為負責記憶的長期存儲。

研究是關于記憶的產生和檢索，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的疾病。   也許患有阿爾茨海默病的人仍然將記憶存儲在某個地方——他們只是無法找回它們。  所以從長遠來看，也許這項研究可以幫助我們克服這些疾病。

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