Odkryli epigenetyczny przełącznik. Włącza i wyłącza wspomnienia w mózgu

Neuronaukowcy z Politechniki Federalnej w Lozannie w Szwajcarii opracowali nowy sposób na regulowanie pamięci w mózgu. Odkryli oni epigenetyczny (czyli związany z ekspresją genów) przełącznik, pozwalający wyciszać lub wzmacniać wspomnienia. Odkrycie zostało zaprezentowane w "Nature Genetics".

Wykorzystali oni narzędzia oparte na technologii edycji genów CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) oraz technologie engramowe oparte na c-Fos, celując w gen Arc, nazywany też genem pamięci. W ten sposób mogą oni uciszyć lub wzmocnić jego aktywność w komórkach engramowych w hipokampie - obszarze mózgu odpowiedzialnym m.in. za pamięć.

Autorzy tego badania odkryli, że uciszenie genu Arc zablokowało tworzenie się wspomnień, zaś jego aktywacja spowodowała wzmocnienie przypominania. Efekty utrzymywały się przez wiele dni po użyciu narzędzi i były w pełni odwracalne. Co warto o tym wiedzieć i do czego mogą posłużyć odkryte właśnie techniki?

Według obecnego stanu wiedzy wspomnienia przechowywane są w mózgu w małych grupach komórek nazywanych engramami. Komórki te są aktywowane, gdy sobie o czymś przypominamy. Naukowcy badają ich zachowanie również po to, by móc opracować skuteczne metody leczenia zaburzeń pamięci, np. związanych z PTSD, czy też zapobiegać utracie pamięci przychodzącej z wiekiem lub wskutek urazu.

Biolodzy już wcześniej wiedzieli, że proces uczenia się jest związany ze zmianami epigenetycznymi w komórkach. Techniki epigenetyczne postrzegano jako obiecujące w kontekście wpływania na procesy związane z pamięcią, ale nie było jasne, czy zmiana stanu epigenetycznego pojedynczego genu może naprawdę zmienić pamięć. To badanie właśnie udowodniło, że tak.

Autorzy badania skupili się na genie Arc, który pomaga neuronom dostosowywać ich połączenia z innymi neuronami. Poprzez specjalne narzędzia wpływali na wzmocnienie lub osłabienie jego aktywności w komórkach engramowych w zakręcie zębatym, znajdującym się w hipokampie myszy - to okazało się działać jako wspomniany przełącznik.

Skąd wiadomo, że narzędzia zadziałały? Badacze najpierw nauczyli myszy, że pewne miejsce wiąże się z lekkim porażeniem w łapy. Po zmianie stanu genu Arc w neuronach mogli zweryfikować, czy zwierzęta pamiętają o nieprzyjemnym bodźcu, czy nie. Ich założenia okazały się słuszne. Co więcej, pamięć można było wzmacniać lub osłabiać, a także odwrócić te efekty. Działało to również na wspomnienia utworzone wiele dni wcześniej.

Jest to pierwsze takie badanie, które udowadnia, że zmiana stanu epigenetycznego w komórkach pamięci ma kluczowe znaczenie dla ekspresji pamięci. Demonstruje ono również, że na tę ekspresję można bezpośrednio wpływać przy pomocy narzędzi promujących lub tłumiących aktywność genu Arc. Istnieje duże prawdopodobieństwo, że u ludzi działa to tak samo lub bardzo podobnie jak u myszy.

Co dalej? To odkrycie może pomóc w opracowaniu nowych terapii, w tym np. leczenia PTSD (zespołu stresu pourazowego) poprzez usuwanie traumatycznych wspomnień, leczenia uzależnień czy też leczenia problemów z pamięcią w chorobach neurodegeneracyjnych.

Istnieje też oczywiście ciemna strona, czyli możliwość nadużywania tych technik do "czyszczenia pamięci" jak w science fiction (taki przełącznik posiadali choćby Faceci w Czerni) oraz do wzmacniania fałszywych wspomnień w praniu mózgu. Najpierw jednak trzeba wprowadzić konkretne narzędzie do hipokampu - w przypadku tego badania neuronaukowcy wykorzystali do tego niegroźne wirusy.

Źródło: Coda, D.M., Watt, L., Glauser, L. et al. Cell-type- and locus-specific epigenetic editing of memory expression. Nat Genet (2025). https://doi.org/10.1038/s41588-025-02368-y