时钟基因Per1对海马记忆巩固进行生物钟调控

　　一种在24小时内调节身体变化中起关键作用的基因也会影响记忆的形成，使小鼠在白天比晚上更好地巩固记忆。

　　

一种在24小时内调节身体变化中起关键作用的基因也会影响记忆的形成，使老鼠在白天比晚上更好地巩固记忆。宾夕法尼亚州立大学的研究人员在白天和晚上测试了老鼠的记忆，然后确定了在大脑中与记忆相关的区域中活动与记忆表现平行的基因。实验表明，已知与人体生物钟有关的“周期1”基因对提高白天的记忆力至关重要。

这项研究证明了昼夜节律系统和记忆形成之间的联系，并开始拼凑有助于形成和保持记忆的分子机制。了解这些机制以及一天中时间对记忆形成的影响，可以帮助研究人员确定人们如何以及何时学习效果最好。

一篇描述这项研究的论文发表在《神经精神药理学》杂志的网上。

宾夕法尼亚州立大学埃伯利科学学院的生物学助理教授、该研究小组的负责人珍妮·夸皮斯说:“昼夜节律系统在24小时内调节我们身体的生理变化，大多数生物体都有这个系统，它主要受大脑中一个叫做交叉上核的区域控制。”该系统还影响大脑其他区域的昼夜振荡，包括海马背侧，这是记忆形成的区域之一。因为许多生物体的记忆在白天形成得更好，所以我们对了解将生物钟与记忆联系起来的分子机制很感兴趣。”

研究人员用一个物体记忆定位任务测试了老鼠的记忆，这个任务已经被证明是特别需要海马背侧的。从本质上讲，老鼠在特定的位置接触两个相同的物体。之后，老鼠再次接触到这些物体，但其中一个已经被移动了。如果老鼠对移动过的物体的研究多于对仍在原处的物体的研究，这表明它们记住了原来的配置。

“白天接受记忆定位任务的老鼠比晚上接受任务的老鼠形成了更强的长期记忆，”夸皮斯实验室的研究生、该论文的第一作者劳伦·贝尔菲(Lauren Bellfy)说。“我们很想知道记忆形成过程的哪个阶段会受到一天中的时间的影响。”

长期记忆的形成通常分为三个阶段。首先，当信息最初被学习时，有记忆习得。然后，记忆必须得到巩固，在此过程中，分子发生变化，导致大脑中存储记忆的细胞和突触发生改变。最后，要使记忆有用，必须在稍后的某个时间检索。

研究小组设计的实验表明，记忆获取和记忆提取不受一天中的时间的影响，这表明记忆巩固是他们在白天和黑夜之间看到的记忆表现差异的主要驱动因素。

“记忆巩固需要神经元活跃的分子变化，导致突触生长或重塑，”夸皮斯说。“这些变化是由基因活性或表达的变化驱动的，所以我们分离并测序了在白天或晚上接受记忆定位任务训练的小鼠海马背侧表达的所有基因。”

许多基因的活动在昼夜循环中波动，与学习或记忆无关，因此研究小组将白天和晚上训练的老鼠的基因活动与这些规律的波动进行了比较。他们发现，白天接受记忆训练的老鼠的基因活性显著增加，而晚上接受训练的老鼠的基因表达变化要少得多。有一种基因在白天表达水平很高，但在晚上表达水平降低，这就是时钟基因，周期1。

这个基因在交叉上核的昼夜节律系统中起着至关重要的作用。令研究人员兴奋的是，这种基因似乎独立地调节海马体中的记忆，这表明它在昼夜循环中“兼职”调节记忆巩固。

Bellfy说:“我们的实验室已经在研究周期1基因在记忆形成中的作用，但我们不知道这个基因在起什么作用。”“在这里，我们发现了证据，第一阶段似乎是根据一天中的时间来调节记忆的。当我们关闭海马背侧第一周期的活动时，我们发现这些老鼠的记忆受损，但昼夜节律系统的大多数方面仍然正常运作。”

研究小组计划继续研究其他在学习后活性发生改变的基因。

“这项研究表明，第一阶段在大脑中至少起着两个重要作用，”夸皮斯说。“它被发现是因为它在调节生物钟方面的作用，但它在记忆形成方面似乎同样重要。”了解记忆是如何在分子水平上形成的，可以帮助我们更好地理解与记忆相关的功能障碍，并有可能找到解决这些问题的方法。生物钟和记忆形成之间的联系对于理解人们如何以及何时学习效果最好也很重要。”

除了Kwapis和Bellfy，宾夕法尼亚州立大学的研究团队还包括研究生Chad W. Smies, Aswathy Sebastian和Hannah M. Boyd;本科生Emily M. Stuart、Destiny S. Wright、Lo chen yu、Alicia R. Bernhardt和Megan J. von Abo;卡苏尼·k·博迪纳亚克(Kasuni K. Bodinayake)是夸皮斯实验室的研究助理;Kwapis实验室的研究科学家村上Shoko Murakami;以及生物信息学研究教授伊斯特万·阿尔伯特。

这项研究是由美国国立卫生研究院、白厅基金会、美国老龄化研究联合会、宾夕法尼亚州立大学埃伯利科学学院和生物系以及国家老龄化研究所资助的。

文章标题

The clock gene Per1 may exert diurnal control over hippocampal memory consolidation