Дата публикации: 2024

DOI: 10.18699/vjgb-24-54

В обзорной статье описана гипотеза, согласно которой драйверами эпигенетической регуляции в формировании памяти являются мобильные генетические элементы, влияющие на экспрессию специфических генов в головном мозге. В подтверждение приведены результаты научных исследований о закономерной активации транспозонов в нейрональных стволовых клетках при дифференцировке нейронов. Данные процессы происходят в зоне нейрогенеза – зубчатой извилине гиппокампа, где определяются наибольшая активность мобильных генетических элементов и их инсерции в локусы вблизи генов, экспрессируемых нейронами с их активацией. В экспериментах по изменению активности ацетилтрансферазы гистонов, ингибированию ДНК-метилтрансферазы и обратной транскриптазы было показано вовлечение эпигенетических факторов и ретроэлементов в механизмы формирования памяти. В то же время в ряде работ на разных животных продемонстрировано сохранение долговременной памяти без участия синаптической пластичности. Полученные данные позволяют предположить, что транспозоны, являющиеся высокочувствительными сенсорами генома к различным средовым и внутренним воздействиям, формируют память на уровне ядерного кодирования. Это отражается в изменении синаптической пластичности, чем можно объяснить сохранение долговременной памяти после устранения синаптических связей у животных. Подтверждением служат факты происхождения от мобильных генетических элементов белков, непосредственно участвующих в формировании памяти, в том числе в передаче генетической информации через синапсы между нейронами (белок Arc). Транспозоны – источники длинных некодирующих РНК и микроРНК, роль которых в консолидации памяти описана. Патологическая активация мобильных генетических элементов является вероятной причиной нейродегенеративных болезней с нарушением памяти. Анализ научной литературы позволил нам обнаружить данные об изменениях экспрессии 40 микроРНК, произошедших от транспозонов, при болезни Альцгеймера. Для 24 из этих микроРНК описаны механизмы регуляции генов, участвующих в функционировании головного мозга. Сделано предположение, что установленные нами микроРНК могли бы стать потенциальными инструментами для регуляции активности транспозонов в головном мозге с целью улучшения памяти.

Издатель: Institute of Cytology and Genetics of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Тип: Article

Publication date: 2024

DOI: 10.18699/vjgb-24-54

The review describes the hypothesis that the drivers of epigenetic regulation in memory formation are transposable elements that influence the expression of specific genes in the brain. The hypothesis is confirmed by research into transposon activation in neuronal stem cells during neuronal differentiation. These changes occur in the hippocampus dentate gyrus, where a pronounced activity of transposons and their insertion near neuron-specific genes have been detected. In experiments on changing the activity of histone acetyltransferase and inhibition of DNA methyltransferase and reverse transcriptase, the involvement of epigenetic factors and retroelements in the mechanisms of memory formation has been shown. Also, a number of studies on different animals have revealed the preservation of long-term memory without the participation of synaptic plasticity. The data obtained suggest that transposons, which are genome sensors highly sensitive to various environmental and internal influences, form memory at the nuclear coding level. Therefore, long-term memory is preserved after elimination of synaptic connections. This is confirmed by the fact that the proteins involved in memory formation, including the transfer of genetic information through synapses between neurons (Arc protein), originate from transposons. Long non-coding RNAs and microRNAs also originate from transposons; their role in memory consolidation has been described. Pathological activation of transposable elements is a likely cause of neurodegenerative diseases with memory impairment. Analysis of the scientific literature allowed us to identify changes in the expression of 40 microRNAs derived from transposons in Alzheimer’s disease. For 24 of these microRNAs, the mechanisms of regulation of genes involved in the functioning of the brain have been described. It has been suggested that the microRNAs we identified could become potential tools for regulating transposon activity in the brain in order to improve memory. © 2024 Institute of Cytology and Genetics of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences. All rights reserved.

Издатель: Institute of Cytology and Genetics of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Тип: Article