長期的な記憶を作るには神経細胞の損傷が必要です

「脳ニューロンの炎症は、アルツハイマー病やパーキンソン病などの神経学的問題を引き起こす可能性があるため、通常、悪いことだと考えられています」と、研究リーダーでドミニク・P・紫斑病科教授のエレナ・ラドゥロビッチ医学博士は述べた。神経科学の博士号、精神医学および行動科学の教授、アインシュタインの神経科学のシルビアおよびロバート・S・オルニック教授。 「しかし、私たちの研究結果は、脳の海馬領域の特定のニューロンにおける炎症が長期にわたる記憶を作るために不可欠であることを示唆しています。」

海馬は脳の記憶の中枢として長い間知られてきました。 ラドゥロビッチ博士らは、刺激が特定の海馬ニューロン内でDNA損傷と修復のサイクルを引き起こし、それが安定した記憶の集合体、つまり過去の経験を表す脳細胞の集合体につながることを発見した。 エリザベス・ウッド博士学生とラドゥロヴィッチ研究室の博士研究員アナ・チヴァリックは、アインシュタインにおけるこの研究の最初の著者であった。

衝撃から安定した記憶へ

研究者らは、ショック事象の記憶（エピソード記憶）を形成するのに十分な短時間の穏やかなショックをマウスに与えることによって、この記憶形成メカニズムを発見した。 次に、彼らは海馬領域のニューロンを分析し、重要な炎症シグナル伝達経路に関与する遺伝子が活性化されていることを発見した。

モンテフィオーレ・アインシュタイン精神医学研究所（PRIME）の所長でもあるラドゥロビッチ博士は、「トール様受容体9（TLR9）経路に関与する遺伝子の強力な活性化が観察された」と述べた。 「この炎症経路は、病原体 DNA の小さな断片を検出することによって免疫反応を引き起こすことで最もよく知られています。したがって、最初は、マウスが感染しているために TLR9 経路が活性化されていると考えました。しかし、さらに詳しく調べてみると、驚いたことに、TLR9 経路が活性化されていることがわかりました。」 DNA損傷を示した海馬細胞のクラスター内でのみ活性化されました。」

脳の活動により日常的に DNA に小さな切断が引き起こされ、数分以内に修復されます。 しかし、この海馬ニューロン集団では、DNA 損傷がより大きく、持続しているようでした。

炎症を起こして思い出を作る

さらなる分析により、DNA損傷によって生じた他の分子とともにDNA断片が核から放出され、その後ニューロンのTLR9炎症経路が活性化されたことが示された。 この経路は次に、DNA 修復複合体を刺激して、通常とは異なる場所、つまり中心体で形成させます。 これらの細胞小器官はほとんどの動物細胞の細胞質に存在し、細胞分裂を調整するために不可欠です。 しかし、分裂しないニューロンでは、刺激された中心体が DNA 修復サイクルに参加し、個々のニューロンを記憶集合体に組織化していると考えられます。

「動物の細胞分裂と免疫反応は何百万年にもわたって高度に保存されており、外来の病原体から身を守りながら生命の継続を可能にしている」とラドゥロビッチ博士は語った。 「進化の過程で、海馬ニューロンは免疫応答のDNA感知TLR9経路とDNA修復中心体機能を組み合わせて、細胞分裂を進行させることなく記憶を形成するこの免疫ベースの記憶メカニズムを採用したと考えられます。」

無関係な情報の入力に抵抗する

炎症過程が完了するまでに必要な1週間の間に、マウスの記憶をコードするニューロンが、新たな、または同様の環境刺激に対する耐性を高めるなど、さまざまな形で変化したことが判明した。 ラドゥロビッチ博士は、「これは注目に値する。なぜなら、私たちは常に情報の洪水にさらされており、記憶をコード化するニューロンは、すでに取得した情報を保存し、新たな入力によって『気を散らされ』ないようにする必要があるからである。」と述べた。

重要なことに、研究者らは、海馬ニューロンのTLR9炎症経路を遮断すると、マウスの長期記憶の形成が妨げられるだけでなく、深刻なゲノム不安定性、つまりこれらのニューロンにおける高頻度のDNA損傷も引き起こすことを発見した。

「ゲノムの不安定性は、老化の加速、がん、アルツハイマー病などの精神疾患や神経変性疾患の特徴であると考えられています」とラドゥロビッチ博士は述べた。 「TLR9経路を阻害する薬剤は、長期にわたる新型コロナウイルス感染症の症状を緩和するために提案されている。しかし、TLR9経路を完全に阻害すると重大な健康リスクを引き起こす可能性があるため、注意が必要である。」

この研究は「DNA感知TLR9経路を通じた記憶集合体の形成」と題されている。 その他のアインシュタイン著者は次のとおりです: Hui Zhang, Ph.D.、Zorica Petrovic, BA、Anna Carboncino, Ph.D.、Kendra K. Parker, BA、Thomas E. Bassett, Ph.D.、Xusheng Zhang, MS その他の寄稿者共同筆頭著者のウラジミール・ジョバセビッチ博士、イリノイ州シカゴのノースウェスタン大学。 マリア・モルテセン博士、山脇直樹博士、ハンデ・ログイン博士、ジョアンナ・カルッカ博士、いずれもデンマーク、オーフス大学のオーフス大学。 ドイツ、ゲッティンゲンの大学医療センターのファラーナズ・サナンベネシ氏とアンドレ・フィッシャー博士。