澳研究:消除恐懼記憶的能力跟DNA靈活性有關

儘管恐懼是重要的生存機制,環境會提示我們用某種方式做出反應,當不再需要恐懼時,抑制恐懼的能力也是如此。消滅恐懼的過程中,會先在不恐懼的經歷中形成具有相似環境元素的記憶,然後讓這些非恐懼記憶與原始恐懼記憶競爭。昆士蘭大學的Tim Bredy教授和他的同事在發表在《Nature Neuroscience》雜誌上的一篇新論文中表明,以這種方式消除恐懼記憶的能力取決於個人DNA的靈活性。

 

Z-DNA是基因活性的標誌 阿茲海默症患者具有大量Z-DNA

昆士蘭州大學大腦研究所研究員,同時也是此研究的主要作者Paul Marshall博士說:「 DNA可以採用多種不同的結構。最常見和最廣為人知的形式是’B-DNA’雙螺旋結構,它沿順時針方向扭曲。但是,根據DNA鹼基配對的重新排列,DNA可以形成其他螺旋結構,例如Z-DNA。」

其實Z-DNA是B-DNA的逆時針扭曲形式。想像一下,您的每隻手都是一條DNA鏈,拇指是其基部,如果您伸出雙手手掌朝外,這樣您的拇指就可以觸摸到,這就是B-DNA中兩個鹼基的連接方式。如果現在翻轉手腕,手掌朝內並且小指觸碰,這就是Z-DNA形成過程中鹼基翻轉的方式。如果繼續旋轉手,現在又重新合上拇指,這就是Z-DNA穩定成新的扭曲時發生的情況。

Z-DNA發生在較短的區域,只有某些序列才能像這樣由內而外翻轉。長期以來,沒人知道它為什麼存在。

Marshall博士說:「我們現在知道Z-DNA會出現在任何打開基因的地方。這是基因活性的標誌。科學家還注意到Z-DNA與某些疾病(包括癌症)之間的關聯,並且在阿茲海默症患者的大腦中發現了大量的Z-DNA。」

這種與記憶的潛在關聯引起了Marshall博士和Bredy教授的興趣,尤其是因為消滅恐懼記憶的機制涉及基因活性的快速變化。

 

ADAR1可以將Z-DNA轉換回B-DNA

為了得到更多信息,他們將注意力轉向了一種叫做ADAR1的酶,該酶識別並鎖存在Z-DNA上。已知ADAR1在RNA編輯中發揮作用,這對於修飾細胞中的蛋白質功能很重要。證據還顯示,ADAR1可以將Z-DNA轉換回B-DNA。

Marshall博士說:「 ADAR1一次可以做很多事情,但這就是它有趣的原因。」

Marshall博士和他的同事關閉了小鼠大腦中的ADAR1基因,特別是在恐懼消除中起作用的已知部分。結果,小鼠雖然仍可以形成恐懼記憶,但是它們無法形成非恐懼記憶。簡單來說,他們失去了消除恐懼的能力。研究結果顯示Z-DNA在恐懼過程中形成,在恐懼消滅期間,ADAR1與該Z-DNA結合併完成了兩項重要工作:它迅速增加了RNA編輯作用,然後將Z-DNA翻轉回B-DNA。

 

PTSD和恐懼症的潛在救星

Marshall博士說:「能越輕易地切換DNA結構,記憶就越具有可塑性。也就是說DNA結構的靈活性與記憶的靈活性緊密相關。」

這是對環境做出靈活響應的能力。Marshall博士補充說:「恐懼記憶必須是可塑性的。它們對於生存非常有用,但也可能妨礙正常功能。」

Bredy教授說,恐懼與消除恐懼之間的平衡對於認知的靈活性至關重要。確實,恐懼消除障礙是創傷後壓力症候群(PTSD)和恐懼症的主要特徵。當我們對消滅恐懼的工作方式了解得越多,就越有機會為這些病患找到更好的治療方法。

 

 

參考資料:
1. Dynamic regulation of Z-DNA in the mouse prefrontal cortex by the RNA-editing enzyme Adar1 is required for fear extinction, Nature Neuroscience (2020). DOI: 10.1038/s41593-020-0627-5 , www.nature.com/articles/s41593-020-0627-5
2. Extinguishing fearful memories depends on the flexibility of your DNA
3. Extinguishing fear memories relies on an unusual change to DNA

 

Ying Chang

作者

Ying Chang

過去在醫療相關領域工作,包含醫療耗材、檢測服務、扶持計畫等。希望能將更多生醫知識和即時消息分享給關注健康醫療的你們!

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