Il gruppo di ricerca mostra che la formazione dei ricordi comporta rapidi cambiamenti nel DNA

Il gruppo di ricerca mostra che la formazione dei ricordi comporta rapidi cambiamenti nel DNA
Il gruppo di ricerca mostra che la formazione dei ricordi comporta rapidi cambiamenti nel DNA
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G-quadruplex DNA o G4 DNA: una struttura dinamica

A sinistra: struttura molecolare del DNA G-quadruplex. A destra, visualizzazione e colorazione di questo DNA nei nuclei delle cellule umane e nei cromosomi (Fonte: Jean-Paul Rodriguez e Giulia Biffi, Università di Cambridge)

Un gruppo di ricerca internazionale che comprende scienziati del Queensland Brain Institute, un istituto australiano di ricerca sulle neuroscienze, ha scoperto un importante meccanismo coinvolto nella formazione della memoria e dei nostri ricordi.

I risultati di questo studio si concentrano sul comportamento dinamico di una particolare struttura del DNA nota come DNA G-quadruplex o DNA G4. Il team ha appena evidenziato il ruolo essenziale di questa struttura nella regolazione dell’espressione dei geni associati alla memoria a lungo termine.

Questo studio, pubblicato in Giornale di Neuroscienze, costituisce la prima prova che questo DNA G-quadruplex si trova nei neuroni e che è attivamente coinvolto nella modulazione ed espressione di diversi stati di memoria.

Cos’è il G-quadruplex DNA o G4 DNA? Solitamente il DNA delle nostre cellule adotta una conformazione standard chiamata B-DNA. Si tratta della famosa doppia elica del DNA che fu descritta per la prima volta da James Watson (nato nel 1926), Francis Crick (1916-2004) e Maurice Wilkins. (1916-2004) nel 1953.

Sebbene fortemente presente in tutte le nostre cellule, questa conformazione del DNA non è l’unica. Il DNA può infatti ripiegarsi in altre strutture come A-DNA e Z-DNA che sono anch’esse doppie eliche, ma un po’ diverse.

Oltre a queste strutture a doppia elica, il DNA può adottare altre conformazioni come quella della forcina, della giunzione di Holliday, del DNA triplex che è un DNA a tre filamenti e infine del DNA G-quadruplex.

Grande importanza nel consolidamento della memoria

Strutture simili a quadruplex si formano negli acidi nucleici come DNA e RNA. In una tale struttura, quattro guanine sono tenute insieme da un tipo di legame un po’ speciale chiamato accoppiamento di Hoogsteen.

Si formano quindi strutture non a due filamenti come nel DNA B, ma strutture a quattro filamenti. Un catione monovalente (ione metallico portatore di carica positiva) interviene in questa struttura per stabilizzarla.

Il DNA G-quadruplex è uno dei circa venti diversi stati del DNA che i ricercatori hanno identificato fino ad oggi. Ciascuno di questi stati svolge potenzialmente un ruolo particolare nella regolazione genetica.

Durante questo nuovo studio, che si concentra principalmente sulla struttura G4, i ricercatori hanno scoperto che essa si accumula nelle cellule nervose in risposta all’apprendimento.

Durante una fase di apprendimento, questo DNA G-quadruplex si accumula temporaneamente nei neuroni. La formazione del DNA G4 è molto rapida e richiede solo pochi millisecondi.

Per questo studio, i ricercatori hanno lavorato con i topi. In questo animale, si sono resi conto che il DNA G4 è coinvolto sia nell’aumento che nella diminuzione della trascrizione nei neuroni attivi, a seconda della loro attività, per abilitare diversi stati di memoria.

Questo meccanismo è molto interessante, perché mette in luce il modo in cui il DNA reagisce ad un’esperienza, mostrando che non è statico, ma dinamico. I risultati di questo studio suggeriscono che il DNA ha la capacità di immagazzinare informazioni nel suo codice, ma anche nella sua struttura.

Paura dell’estinzione, meccanismo essenziale per la sopravvivenza

Una delle implicazioni pratiche di questa ricerca è il suo potenziale impatto sulla comprensione e sul potenziale trattamento delle condizioni legate alla memoria, come l’estinzione della paura, un meccanismo critico di sopravvivenza.

La paura è un’emozione sentita da tutti. Deriva dalla minaccia di danno fisico, emotivo o psicologico, reale o immaginario. Sebbene considerata un’emozione negativa, la paura gioca in realtà un ruolo essenziale per la nostra sicurezza, perché ci mobilita di fronte al pericolo.

L’estinzione di questa paura dipende dalla formazione di nuove memorie a lungo termine con elementi ambientali simili. Questi nuovi ricordi competono con il ricordo legato alla paura e lo sostituiscono.

La formazione di questi nuovi ricordi dipende da cambiamenti coordinati nell’espressione genica. Questo è un processo che dipende dalle interazioni temporali tra il meccanismo trascrizionale e una varietà di strutture del DNA come il DNA G-quadruplex.

Questa scoperta non solo amplia la comprensione fondamentale di come il DNA funziona come dispositivo di controllo trascrizionale, ma apre anche la strada a studi futuri che potrebbero portare a terapie innovative per vari disturbi psichiatrici, sfruttando la natura dinamica del DNA nel cervello.

Fonte :

Paul R. Marshall, Joshua Davies, Qiongyi Zhao, Wei-Siang Liau, Yujin Lee, Dean Basic, Ambika Periyakaruppiah, Esmi L. Zajaczkowski, Laura J. Leighton, Sachithrani U. Madugalle, Mason Musgrove, Marcin Kielar, Arie Maeve Brueckner, Hao Gong, Haobin Ren, Alexander Walsh, Lech Kaczmarczyk, Walker S. Jackson, Alon Chen, Robert C. Spitale e Timothy W. Bredy, “Il DNA G-Quadruplex è un dispositivo di controllo trascrizionale che regola la memoria”, Giornale di Neuroscienze, 10 aprile 2024, 44(15) e0093232024; DOI: https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0093-23.2024

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