この研究により、記憶の形成と保存、およびアルツハイマー病などの病気について、科学者たちがより深く知ることができるようになります。 Research could help scientists learn more about memory formation and storage, and diseases such as Alzheimer’s
2022-07-06 ミネソタ大学
研究チームは、マウスがまだ生きている間に脳内でRNAが合成される様子を観察する新しい技術を開発しました。
チームのプロセスは、遺伝子操作、二光子励起顕微鏡、最適化された画像処理ソフトを含んでいます。研究チームは、緑色蛍光タンパク質(クラゲ由来のタンパク質)で標識したmRNAを生成するようにマウスを遺伝子操作することで、マウスの脳がいつどこでArc mRNA(探している特定の種類の分子)を生成するかを確認することができたのである。
マウスは生きているので、より長期間にわたって研究することができる。この新しいプロセスを用いて、研究者らはマウスで2つの実験を行い、マウスが記憶を形成し保存する際のニューロン(神経細胞)の動きを1ヵ月にわたってリアルタイムで確認することができた。
この2つの実験では、マウスに記憶を呼び起こした日ごとに、異なるニューロン群が発火することが判明した。
そして、マウスが記憶を形成してから数日後、脳の後頭葉皮質(RSC)という部位に、Arc mRNAが重複して、あるいは毎日一貫して発生している小さな細胞群を見つけることができた。この細胞群は、記憶の長期保存を担っていると考えられている。
<関連情報>
- https://cse.umn.edu/college/news/new-imaging-technique-allows-researchers-see-gene-expression-brains-live-mice-real
- https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2117076119
生きたマウスを用いた記憶形成時のmRNA合成のリアルタイム可視化 Real-time visualization of mRNA synthesis during memory formation in live mice
Byung Hun Lee, Jae Youn Shim, Hyungseok C. Moon, Dong Wook Kim, Jiwon Kim, Jang Soo Yook, Jinhyun Kim and Hye Yoon Park
Proceedings of the National Academy of Sciences Published:July 1, 2022
DOI:https://doi.org/10.1073/pnas.2117076119
Significance
Arc is one of the genes that are rapidly transcribed by neuronal activity and thus used as a marker for memory trace or engram cells. However, the dynamics of engram cell populations is not well-known because of the difficulty in monitoring the rapid and transient gene expression in live animals. Using a mouse model in which endogenous Arc messenger RNA (mRNA) is fluorescently labeled, we demonstrate that Arc-expressing neuronal populations have distinct dynamics in different brain regions and that only a small subpopulation that consistently expresses Arc during both memory encoding and retrieval exhibits context-specific calcium activity. This live-animal RNA-imaging technique will offer a powerful tool for connecting gene expression to neuronal activity patterns and to behavior.
Abstract
Memories are thought to be encoded in populations of neurons called memory trace or engram cells. However, little is known about the dynamics of these cells because of the difficulty in real-time monitoring of them over long periods of time in vivo. To overcome this limitation, we present a genetically encoded RNA indicator (GERI) mouse for intravital chronic imaging of endogenous Arc messenger RNA (mRNA)—a popular marker for memory trace cells. We used our GERI to identify Arc-positive neurons in real time without the delay associated with reporter protein expression in conventional approaches. We found that the Arc-positive neuronal populations rapidly turned over within 2 d in the hippocampal CA1 region, whereas ∼4% of neurons in the retrosplenial cortex consistently expressed Arc following contextual fear conditioning and repeated memory retrievals. Dual imaging of GERI and a calcium indicator in CA1 of mice navigating a virtual reality environment revealed that only the population of neurons expressing Arc during both encoding and retrieval exhibited relatively high calcium activity in a context-specific manner. This in vivo RNA-imaging approach opens the possibility of unraveling the dynamics of the neuronal population underlying various learning and memory processes.
