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Si studiano i meccanismi alla base dell'apprendimento e della memoria a lungo termine
La trascrizione del codice dal DNA al RNA e la successiva traduzione in proteine.Quando acquistiamo uno smartphone, le impostazioni e le applicazioni sono uguali per tutti. Ma col passare del tempo, il telefono di ognuno di noi cambierà drasticamente poiché lo adattiamo alle nostre esigenze e preferenze individuali.
Allo stesso modo, i nostri ricordi e le esperienze di vita vengono caricati nel nostro cervello, rendendo una persona unica. Anche le esperienze più semplici modificano il nostro cervello a livello cellulare.
Ogni volta che si impara qualcosa di nuovo, il nostro cervello cambia. Il modo esatto con cui questa informazione viene memorizzata nel nostro cervello era ancora in gran parte sconosciuto ... fino ad ora.
Hehuang 'David' Xie, professore associato del Virginia-Maryland College of Veterinary Medicine, e i suoi collaboratori spiegano, in uno studio appena pubblicato su Nature Communications, i fattori di trascrizione e gli enzimi che controllano alcuni processi nel cervello attraverso la metilazione del DNA.
Con queste nuove informazioni, i ricercatori saranno in grado di capire meglio la memoria a lungo termine e le implicazioni che ciò potrebbe avere sull'Alzheimer e su altri disturbi che provocano perdita di memoria. Xie afferma:
“Con ogni esperienza e processo di apprendimento, sei programmato per diventare una persona diversa. È affascinante cominciare a capire come avviene il processo di apprendimento nel cervello e come ogni nuovo bit di informazione appresa ci rende diversi domani“.
Xie e i suoi colleghi sono concentrati su due componenti (Egr1 e TET1) che nelle ipotesi si uniscono per aiutarci a imparare cose nuove e a formare la memoria a lungo termine. “La proteina Egr1 e l'enzima TET1, si possono paragonare a un programma che prende un input e lo memorizza nel tuo smartphone”, ha detto Xie. In questo caso, l'«input» è una informazione sensoriale esterna e lo «smartphone» è il tuo cervello.
Usando topi modello, Xie ha esaminato la corteccia frontale, la regione primaria del cervello in cui è memorizzato l'apprendimento e dove il cervello è più lento a maturare. I ricercatori hanno usato un topo modello per fare osservazioni più significative, come abbattere i geni.
L'Egr1 è un fattore di trascrizione, una proteina che aiuta a trascrivere il DNA in RNA, e ha un ruolo fondamentale nella formazione della memoria a lungo termine. La ricerca precedente ha dimostrato che quando si abbatte il fattore di trascrizione nel topo, ne risulta una perdita di memoria.
Il TET1 è un enzima coinvolto nella demetilazione attiva del DNA. La metilazione del DNA avviene quando viene aggiunto un gruppo metile ad una molecola di DNA, che poi inibisce la regione promotrice di un gene. In altre parole, quando il DNA viene metilato, i geni non possono essere espressi o attivati. Egr1 e TET1 hanno il compito di rimuovere questo gruppo metilico in modo che l'espressione genica possa essere attivata e possano essere memorizzati i ricordi.
“È fondamentalmente un‘interruttore 'on/off’ che controlla la nostra espressione genica, che aumenta o diminuisce i nostri livelli di espressione. L'Egr1 ci sta aiutando a usare questo sistema di commutazione in modo che, quando si riceve uno stimolo esterno, i geni siano espressi, ed espressi più rapidamente. Ora l'hai imparato, è già non-metilato, e puoi rispondere di conseguenza“.
I ricercatori stanno vedendo che questo mettersi insieme di Egr1-TET1 potrebbe essere un meccanismo per apprendere che va oltre il cervello. Per esempio, ci sono 'membri della famiglia' simili a Egr1 e TET1 nel sangue.
Nel sistema immunitario, le cellule B e T della memoria sono fondamentali per creare e mantenere la memoria immunologica. Esse hanno la capacità di ricordare gli antigeni di invasori del passato in modo che la prossima volta che sono sotto attacco possono avviare rapidamente una risposta immunologica.
Questo processo indica la possibilità teorica che altri organi possano essere in grado di formare ricordi. La portata di questa scoperta è significativa per l'apprendimento. C'è una possibilità che l'apprendimento possa cambiare in meglio? Possiamo cambiare il sistema di istruzione per migliorare l'apprendimento? Tali questioni sono da esplorare per Xie e il suo team di ricerca.
Xie ha detto:
“Ci sono molte di queste cose fondamentali che non conosciamo. Ad esempio, i marcatori e gli interruttori dei geni: come possiamo identificali, e usare queste opzioni? Possono essere usati per monitorare qualche malattia? O per monitorare eventi specifici? Penso che ci sono tante cose che stanno emergendo, e dobbiamo solo pensare a cosa possiamo fare in questo momento“.
Per la ricerca futura, Xie è interessato a capire meglio come diversi tipi di neuroni usano meccanismi diversi per rispondere agli stimoli esterni.
Fonte: Kendall Daniels in Virginia Polytechnic Institute and State University (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.
Riferimenti: Zhixiong Sun, Xiguang Xu, ..., Michelle H. Theus & Hehuang Xie. EGR1 recruits TET1 to shape the brain methylome during development and upon neuronal activity. Nature Communications, 29 Aug 2019, DOI
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