Cell： DNA断裂与大脑学习及老化相关
2015-06-09 佚名 生物谷
来自MIT的研究者们发现，神经元活性可以快速大量激活一些早期反应基因，从而促进大脑的学习和记忆。DNA双链断裂的形成，是一种生理活动，可以快速解除拓扑蛋白对早期反应基因的抑制，从而在神经元中表达这些早期反应基因。这项研究结果，有助于研究人员们研发出新的方法，防治认知下降疾病，例如老年痴呆症。此项研究于近日发表在Cell杂志上。 在此研究之前，研究人员们在小鼠老年痴呆模型上发现，甚至是在疾
来自MIT的研究者们发现，神经元活性可以快速大量激活一些早期反应基因，从而促进大脑的学习和记忆。DNA双链断裂的形成，是一种生理活动，可以快速解除拓扑蛋白对早期反应基因的抑制，从而在神经元中表达这些早期反应基因。这项研究结果，有助于研究人员们研发出新的方法，防治认知下降疾病，例如老年痴呆症。此项研究于近日发表在Cell杂志上。
在此研究之前，研究人员们在小鼠老年痴呆模型上发现，甚至是在疾病的前期，海马区的神经元已经有大量的DNA损伤，即DNA双链断裂。为了研究清楚，这些DNA双链断裂是如何和为什么发生的，哪些基因受其影响，研究人员们使用了神经毒性物质，这些物质可以破坏DNA双链，之后他们提取RNA并进行测序。他们发现，在神经损伤后，有700个基因水平有所变化，其中绝大部分是呈下降趋势，有12个基因为上升趋势，包括Fos, Npas4, 和 Egr1。接下来，研究人员发现，拓扑异构酶IIβ介导了DNA双链的断裂，因为当这个酶被抑制后，DNA双链的断裂和早期的反应基因均有所下降。最后，利用计算机分析的方法，研究人员研究了早期反应基因附近的基因序列，他们发现，这些基因序列富含一种序列模式，这些序列模式可以与CTCF蛋白结合。CTCF蛋白是DNA不同组件之间相互作用的障碍物。DNA双链断裂可以清除这个障碍物，从而使早期反应基因表达。
在大脑学习及记忆过程中，细胞会有DNA双链的断裂，从而表达一些基因，为学习和记忆做准备。在年轻的时候，我们的大脑会迅速地修复这些DNA损伤，并维持良好的系统功能。然而，当年老时，DNA损伤修复缓慢时，认知力随即有所下降。
接下来，研究人员们将进一步研究，随着年龄的增长，DNA修复功能是如何下降的，是否有化合物可以提高DNA的修复功能。
原始出处：
Ram Madabhushi, Fan Gao, Andreas R. Pfenning, Ling Pan, Satoko Yamakawa, Jinsoo Seo, Richard Rueda, Trongha X. Phan, Hidekuni Yamakawa, Ping-Chieh Pao, Ryan T. Stott, Elizabeta Gjoneska, Alexi Nott, Sukhee Cho, Manolis Kellis, Li-Huei Tsai.Activity-Induced DNA Breaks Govern the Expression of Neuronal Early-Response Genes.Cell, June 4, 2015.
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