Il tuo cervello rompe il proprio DNA per formare ricordi che possono durare tutta la vita

Alcuni ricordi durano tutta la vita. Lo stupore di vedere un'eclissi solare totale. Il primo sorriso che hai condiviso con il tuo partner. Lo scorcio di un amato animale domestico appena morto nel sonno.

Altri ricordi, non così tanto. Pochi di noi ricordano cosa abbiamo mangiato a pranzo una settimana fa. Perché alcuni ricordi durano mentre altri svaniscono?

Sorprendentemente, la risposta potrebbe essere la rottura del DNA e l’infiammazione nel cervello. In superficie, questi processi sembrano assolutamente dannosi per la funzione cerebrale. I filamenti di DNA rotti sono solitamente associati al cancro e l’infiammazione è collegata all’invecchiamento.

Ma un nuovo studio nei topi suggerisce che la rottura e la riparazione del DNA nei neuroni apre la strada a ricordi di lunga durata.

Formiamo ricordi quando i segnali elettrici attraversano i neuroni dell’ippocampo, una regione a forma di cavalluccio marino nelle profondità del cervello. Gli impulsi elettrici collegano insieme gruppi di neuroni in reti che codificano i ricordi. I segnali catturano solo brevi frammenti di un'esperienza preziosa, ma alcuni possono essere riprodotti più e più volte per decenni (sebbene decadano gradualmente come un disco rotto).

Come le reti neurali artificiali, che alimentano la maggior parte dell’intelligenza artificiale odierna, gli scienziati pensano da tempo che il ricablaggio delle connessioni del cervello avvenga rapidamente e sia soggetto a cambiamenti. Ma il nuovo studio ha trovato un sottoinsieme di neuroni che alterano le loro connessioni per codificare ricordi di lunga durata.

Per fare questo, stranamente, i neuroni reclutano proteine ​​che normalmente respingono i batteri e causano infiammazioni.

"L'infiammazione dei neuroni cerebrali è generalmente considerata una cosa negativa, poiché può portare a problemi neurologici come l'Alzheimer e il morbo di Parkinson", disse l'autrice dello studio, la Dott.ssa Jelena Radulovic dell'Albert Einstein College of Medicine, in un comunicato stampa. "Ma i nostri risultati suggeriscono che l'infiammazione in alcuni neuroni nella regione dell'ippocampo del cervello è essenziale per creare ricordi duraturi."

Devo restare o devo andare?

Tutti noi abbiamo un album mentale per la nostra vita. Quando riproduciamo un ricordo (quando, dove, chi e cosa) la nostra mente ci trasporta nel tempo per rivivere l'esperienza.

L’ippocampo è al centro di questa capacità. Negli anni '1950, a un uomo noto come HM venne rimosso l'ippocampo per curare l'epilessia. Dopo l'intervento, ha conservato vecchi ricordi, ma non riusciva più a formarne di nuovi, suggerendo che la regione del cervello è un punto caldo per la codifica dei ricordi.

Ma cosa c’entra il DNA con l’ippocampo o con la memoria?

Dipende da come sono collegate le cellule cerebrali. I neuroni si collegano tra loro attraverso piccole protuberanze chiamate sinapsi. Come i moli tra due sponde opposte, le sinapsi pompano sostanze chimiche per trasmettere messaggi da un neurone all’altro. A seconda dei segnali, le sinapsi possono formare una forte connessione con i neuroni vicini oppure possono interrompere le comunicazioni.

Questa capacità di ricablare il cervello è chiamata plasticità sinaptica. Gli scienziati pensano da tempo che sia la base della memoria. Quando si impara qualcosa di nuovo, i segnali elettrici fluiscono attraverso i neuroni innescando una cascata di molecole. Questi stimolano i geni che ristrutturano la sinapsi per aumentare o diminuire la loro connessione con i vicini. Nell’ippocampo, questo “quadrante” può modificare rapidamente il cablaggio complessivo della rete neurale per registrare nuovi ricordi.

La plasticità sinaptica ha un costo. Le sinapsi sono costituite da un insieme di proteine ​​prodotte dal DNA all'interno delle cellule. Con il nuovo apprendimento, i segnali elettrici provenienti dai neuroni causano tagli temporanei al DNA all’interno dei neuroni.

Il danno al DNA non è sempre dannoso. Dal 2021 è associato alla formazione della memoria. Uno studio hanno scoperto che la rottura del nostro materiale genetico è diffusa nel cervello ed è stata sorprendentemente collegata a una migliore memoria nei topi. Dopo aver appreso un compito, i topi presentavano più rotture del DNA in diversi tipi di cellule cerebrali, suggerendo che il danno temporaneo potrebbe essere parte del processo di apprendimento e memoria del cervello.

Ma i risultati erano solo per brevi ricordi. Meccanismi simili guidano anche quelli a lungo termine?

"Ciò che consente a brevi esperienze, codificate in pochi secondi, di essere riprodotte più e più volte nel corso della vita rimane un mistero", affermano i dottori. Benjamin Kelvington e Ted Abel dell'Iowa Neuroscience Institute, che non erano coinvolti nel lavoro, ha scritto in Natura.

La frittata della memoria

Per trovare una risposta, il team ha utilizzato un metodo standard per valutare la memoria. Ospitavano i topi in stanze diverse: alcune erano comode; altri davano alle creature una piccola scarica elettrica sulle zampe, quel tanto che bastava per fargli detestare l'habitat. I topi impararono rapidamente a preferire la stanza confortevole.

Il team ha poi confrontato l’espressione genetica dei topi con un ricordo recente – circa quattro giorni dopo il test – con quella di topi quasi un mese dopo il soggiorno.

Sorprendentemente, i geni coinvolti nell’infiammazione si sono attivati ​​oltre a quelli normalmente associati alla plasticità sinaptica. Scavando più a fondo, il team ha trovato una proteina chiamata TLR9. Solitamente noto come parte della prima linea di difesa del corpo contro i batteri pericolosi, TLR9 aumenta la risposta immunitaria del corpo contro i frammenti di DNA dei batteri invasori. Qui, tuttavia, il gene è diventato molto attivo nei neuroni all’interno dell’ippocampo, specialmente in quelli con rotture persistenti del DNA che durano giorni.

Che cosa fa? In un test, il team ha eliminato il gene che codifica TLR9 nell’ippocampo. Quando sono stati sottoposti al test della camera, questi topi hanno faticato a ricordare la camera “pericolosa” in un test di memoria a lungo termine rispetto ai topi con il gene intatto.

È interessante notare che il team ha scoperto che TLR9 poteva percepire la rottura del DNA. L’eliminazione del gene ha impedito alle cellule di topo di riconoscere le rotture del DNA, causando non solo la perdita della memoria a lungo termine, ma anche un’instabilità genomica generale nei loro neuroni.

"Uno dei contributi più importanti di questo studio è la comprensione della connessione tra il danno al DNA... e i cambiamenti cellulari persistenti associati alla memoria a lungo termine", hanno scritto Kelvington e Abel.

Mistero della memoria

Come persistono i ricordi a lungo termine rimane un mistero. Le risposte immunitarie sono probabilmente solo un aspetto.

In 2021, l' stessa squadra hanno scoperto che le strutture a rete attorno ai neuroni sono cruciali per la memoria a lungo termine. Il nuovo studio ha individuato TLR9 come una proteina che aiuta a formare queste strutture, fornendo un meccanismo molecolare tra i diversi componenti del cervello che supportano ricordi duraturi.

I risultati suggeriscono che “stiamo usando il nostro DNA come sistema di segnalazione”, Radulovic detto Natura, in modo da poter “conservare le informazioni per lungo tempo”.

Rimangono molte domande. Il danno al DNA predispone alcuni neuroni alla formazione di reti di codifica della memoria? E cosa forse ancora più urgente, l’infiammazione è spesso associata a disturbi neurodegenerativi, come il morbo di Alzheimer. TLR9, che ha aiutato i topi a ricordare le camere pericolose in questo studio, era precedentemente coinvolto nell'innescare la demenza quando espresso nella microglia, le cellule immunitarie del cervello.

"Com'è possibile che, nei neuroni, l'attivazione di TLR9 sia cruciale per la formazione della memoria, mentre, nella microglia, produce neurodegenerazione, l'antitesi della memoria?" chiesero Kelvington e Abel. “Cosa separa il danno dannoso al DNA e l’infiammazione da ciò che è essenziale per la memoria?”

Immagine di credito: Geralt / Pixabay

• Distribuzione di contenuti basati su SEO e PR. Ricevi amplificazione oggi.
• PlatoData.Network Generativo verticale Ai. Potenzia te stesso. Accedi qui.
• PlatoAiStream. Intelligenza Web3. Conoscenza amplificata. Accedi qui.
• PlatoneESG. Carbonio, Tecnologia pulita, Energia, Ambiente, Solare, Gestione dei rifiuti. Accedi qui.
• Platone Salute. Intelligence sulle biotecnologie e sulle sperimentazioni cliniche. Accedi qui.
• Fonte: https://singularityhub.com/2024/04/08/your-brain-breaks-its-own-dna-to-form-memories-that-can-last-a-lifetime/