清华大学钟毅课题组报道Rac1依赖的主动遗忘介导情绪经历引发的记忆痕迹细胞的状态转换

发布日期:2022-04-04

2022年4月4日,清华大学生命科学学院、清华-IDG/麦戈文脑科学研究院钟毅课题组在《PNAS》杂志发表了题为“社交经历通过调节海马Rac1活性来转换记忆印迹的状态”(Social experiences switch states of memory engrams through regulating hippocampal Rac1 activity)的研究论文,详细阐述了社交经历双向调节记忆提取及其机制。

 

在瞬息万变的现实环境中,动物需要根据自己的情绪状态灵活地提取记忆。为了理解这种现象的潜在机制,人们致力于研究情绪对记忆提取的影响。例如,在人类和动物模型中,压力可以通过激素、神经炎症或相关环路来抑制阻止记忆提取,而奖励和新奇事物可以促进记忆的形成和维持。然而,情绪究竟如何直接影响记忆印迹(memory engram)还缺少相关的研究。

 

记忆存储在一群被称为印迹细胞(engram cell)的神经元集合中,且存在多种状态,如沉默态(不可提取)、潜伏态(可以提取)和活跃态(正在提取)。在沉默状态下,只有人为激活印迹细胞才能诱导记忆表达,而潜伏的印迹细胞可以通过自然条件刺激激活,使其变为活跃状态以进行记忆提取。然而,记忆印迹的不同状态,尤其是沉默状态的生理学意义仍不清楚。本研究聚焦海马体CA1区的记忆印迹细胞,主要有两个发现:第一,社交经历引发的情绪可以双向调节记忆印的存储状态,如社交奖励可以将记忆印迹由沉默态转换为潜伏态,而社交压力可以将记忆印迹由潜伏态转换为静默态。第二,通过对海马Rac1活性的检测与操纵,我们证明了社交奖励通过抑制海马Rac1、社交压力通过激活海马Rac1来实现记忆印迹在不同状态之间的转换。如图1所示,该研究提供了一个全新的神经生物学机制来帮助我们理解日常的情绪变化是如何通过切换海马体重的记忆印迹状态来根据环境变化灵活调节记忆提取的。

 

 

图1.情绪经历调节记忆痕迹细胞状态的神经机制

 

结合之前的工作,该研究也暗示了在经典的长期记忆形成过程中蛋白质合成所介导的固化过程和Rac1活性介导的记忆主动遗忘过程是一个统一交互的过程。如图2所示,学习会同时引发蛋白质合成介导的记忆固化过程以实现形成激活态的记忆痕迹细胞,同时学习还会激活Rac1依赖的主动遗忘过程来驱使记忆转换为静默态。通常的有效学习中,蛋白质合成介导的固化过程同时会产生对记忆遗忘的抑制,来保证记忆的提取并使记忆可以稳定维持。而这种动态的记忆与遗忘的平衡过程最终赋予了动物可以根据实际面对的场景来灵活地双向调节记忆的提取效率的能力,从而更好地面对复杂多变的环境。本研究也对遗忘机制是如何参与到记忆调控中提出了新的理解即遗忘是调节记忆痕迹状态的主动过程,可能是记忆灵活性与动态性的神经基础。

图2.新的记忆固化模型

 

清华大学生命学院2016级博士生雷博、2015级PTN博士生吕莉(已毕业,现四川农业大学动物与营养研究所副教授)、2018级PTN博士生胡世强为本文共同第一作者,钟毅教授和博士生雷博为本文共同通讯作者。清华大学生命学院博士后唐义凯为本研究作出了重要贡献。本研究获得了国家自然科学基金、北京大学-清华大学-北京生命科学研究所联合研究生项目和清华-北京生命科学中心的资助。

 

原文链接:https://doi.org/10.1073/pnas.2116844119