一支国际研究团队，包括来自昆士兰大学脑研究所（QBI）的科学家，已识别出一种与记忆相关的新机制，它涉及特定DNA结构的快速变化。研究显示，G四重螺旋DNA（G4-DNA）在神经元中积累，并动态调控负责长期记忆形成的基因的激活和抑制。研究团队在理解G4-DNA在大脑中调控的过程中取得了显著进展，这在记忆形成中发挥着重要作用。他们使用先进的基于CRISPR的基因编辑技术展示了这种调控背后的因果机制，涉及DNA解旋酶DHX36的沉积。研究成果发表在《神经科学杂志》上，提供了G4-DNA存在于神经元中并参与不同记忆状态表达的首个证据。该研究由澳大利亚国立大学和QBI的保罗·马歇尔博士领导，同时与林雪平大学、魏茨曼科学研究所和加州大学尔湾分校的合作伙伴合作。
加州大学尔湾分校强调了动态DNA结构在记忆巩固中的重要作用。DNA的灵活性是许多科学家认为已有充分理解的主题几十年来。广为人知的DNA结构是右手双螺旋，认为这种结构的变化只发生在DNA复制和转录期间。该结构由两条核酸链和四个碱基组成：腺嘌呤（A）和胸腺嘧啶（T）、鸟嘌呤（G）和胞嘧啶（C），这些碱基配对形成DNA梯子的横档。然而，现在已知这并不是完整的故事。QBI的蒂姆·布雷迪教授解释说，DNA能够采用多种形状，这在细胞过程中的作用至关重要。
“认为DNA是一个静态的右手双螺旋的假设是不准确的，”布雷迪教授表示。“已有20多种不同的DNA结构状态被确认，每一种可能在控制基因表达方面发挥不同作用。”
在他们最近的研究中，团队展示了这些结构中有相当数量直接参与调控依赖于活动的基因表达，并且对记忆形成至关重要。
记忆形成受表观遗传修饰的影响，这与神经元的可塑性和记忆有着良好的关联。然而，目前对DNA结构的局部变化如何影响基因表达知之甚少。
当鸟嘌呤分子形成一个稳定的四链DNA结构时，细胞会积累G4-DNA。虽然有证据支持这一结构在控制转录中的作用，但该结构对依赖经验的基因表达的影响在此研究之前尚未被调查。
G4-DNA在记忆调控中的角色
在学习过程中，G4-DNA在活跃的神经元中暂时积累。至于这一DNA结构的形成与经验依赖的基因表达之间的关系，在此研究之前并未被探讨。
四重螺旋结构发生在毫秒或分钟的时间内，这与神经元在经历响应中转录的速度相匹配。因此，G4-DNA结构可以在活跃神经元中根据其活动在增强和抑制转录中发挥作用，以促进不同的记忆状态。
这一机制展示了DNA如何动态反应于经验，并表明它不仅可以在其编码或表观遗传上存储信息，还有结构上的存储能力。
消除恐惧记忆
条件恐惧记忆的消失是一个涉及对以前学习的恐惧反应加以抑制的过程。这个过程对于适应变化的环境和防止焦虑障碍的发展至关重要。研究表明，DNA的四重螺旋结构可能在恐惧记忆的消失中发挥作用。这表明DNA的结构特性在记忆过程中的作用超出了其传统的遗传和表观遗传功能。通过理解这些机制，研究人员希望开发出新的策略来治疗焦虑障碍及相关疾病。恐惧是生存的重要行为，其消失依赖于创造可以替代与恐惧相关的新长期记忆。持续的消失记忆的创建依赖于基因表达的协调变化。布雷迪教授强调了活动引起的基因表达在消失过程中的重要性，强调转录机械与G4-DNA等不同DNA结构之间的时间相互作用，而不仅仅是由DNA决定。发现学习和记忆中高度动态的转录控制装置扩展了我们对DNA功能的理解。这挑战了关于序列或DNA修饰的传统假设。
