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Studie beleuchtet molekulare Codierung von Gedächtnis
Eine neue Studie unterstützt die Idee, dass die chemische Markierung von DNA - ein Prozess, der als DNA-Methylierung bekannt ist - so sein kann, wie Erinnerungen im Gehirn kodiert werden.
Die Studie zeigt, dass epigenetische Veränderungen, die an der Gedächtnisbildung beteiligt sind, auch in nicht-neuronalen Zellen auftreten.
Die Studie von Forschern des Deutschen Zentrums für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) in Göttingen und München wird veröffentlicht in Nature Neurologie.
Wir wissen noch nicht viel darüber, wie das Gehirn mit Gedächtnis und Lernen umgeht - die Fähigkeit, aus Erinnerungen Erinnerungen zu ziehen.
Eine weit verbreitete Theorie besagt, dass Erinnerungen kodiert werden, indem die Verbindungen zwischen Gehirnzellen verändert werden. Dies ist die Idee hinter der "Plastizität" des Gehirns - der Art, wie sich das Gehirn durch das Leben verändert.
Die Bildung, Stärkung und Schwächung der Verbindungen im Gehirn wird durch Veränderungen der Genexpression kontrolliert, ein Prozess, der auf molekularer Ebene durch Hinzufügen und Entfernen chemischer Tags erfolgt.
Dieser Prozess, die Expression von Genen in der DNA zu verändern - wie sie ein- und auszuschalten - ohne die DNA selbst zu verändern, wird "Epigenetik" genannt.
Die epigenetischen Veränderungen werden am Rückgrat der DNA vorgenommen - durch Hinzufügen oder Entfernen von chemischen Markern oder Markierungen an spezifischen Stellen - dies wird als DNA-Methylierung bezeichnet.
Änderungen in Histonen - die Proteine, die die DNA in Zellkerne verpacken - können ebenfalls auftreten.
DNA-Methylierung hilft bei der Kontrolle der Plastizität des Gehirns
Die epigenetische Theorie des Gedächtnisses legt nahe, dass, wenn man zwei Gehirne mit identischer DNA hätte und diese verschiedenen Erfahrungen ausgesetzt wären, ihre DNA nachher immer noch die gleiche wäre, aber sie würden verschiedene epigenetische Marker tragen.
Mitautorin Dr. Magali Hennion, eine Forscherin in Computational Systems Biology, sagt:
"Die Forschung zu epigenetischen Veränderungen, die mit Gedächtnisprozessen verbunden sind, befindet sich noch in einem frühen Stadium."
Um zu sehen, was auf molekularer Ebene passiert, wenn das Langzeitgedächtnis kodiert ist, trainierten die Forscher Mäuse, um eine spezifische Testumgebung zu erkennen und dann nach epigenetischen Veränderungen in der DNA ihrer Gehirnzellen zu suchen.
Sie fanden Hinweise auf beide Arten von epigenetischen Veränderungen - DNA-Methylierung oder chemische Marker auf dem DNA-Rückgrat - und Histon-Veränderungen.
Sie fanden jedoch auch andere Details, die für die zukünftige Erforschung des Gedächtnisses und der mit Gedächtnis und Lernen verbundenen Krankheiten wichtig sein könnten.
Eine Entdeckung ist, dass die Histonmodifikation anscheinend nur geringe Auswirkungen auf die Gene hat, die an der Plastizität des Gehirns beteiligt sind.
Die andere Entdeckung ist, dass die epigenetischen Veränderungen, die bei der Gedächtnisbildung eine Rolle spielen, nicht nur in Neuronen, den primären Signalzellen, sondern auch in nicht-neuronalen Zellen auftreten - den Gliazellen, die Neuronen unterstützen und ihnen zahlenmäßig weit überlegen sind.
Die Forscher wollen die Beteiligung nicht-neuronaler Zellen im Gedächtnis näher betrachten. Inzwischen schließen sie, dass ihre Studie Beweise dafür liefert, dass die DNA-Methylierung die Plastizität des Gehirns kontrolliert und ein wichtiger molekularer Prozess für das Langzeitgedächtnis sein kann.
Sie legen nahe, dass Methylierung ein potenzielles Behandlungsziel für Erkrankungen wie Alzheimer sein könnte, die das Gedächtnis beeinträchtigen. Das Team wird sich auf diesen Aspekt in der zukünftigen Forschung konzentrieren, wie Dr. Hennion erklärt:
"Wir schauen uns solche Merkmale nicht nur an, um besser zu verstehen, wie das Gedächtnis funktioniert. Wir suchen auch nach möglichen Angriffspunkten für Medikamente, die dem Gedächtnisrückgang entgegenwirken könnten. Letztendlich geht es in unserer Forschung um Therapien gegen Alzheimer und ähnliche Gehirnerkrankungen."
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