Amikor az agyban egy új emlék formálódik, az engramoknak nevezett idegsejtek kódolják annak részleteit, és ezek aktiválódnak újra később, amikor az emléket felidézzük, derül ki az MIT új kutatásából, amelynek során feltárták, hogyan változik meg ezen folyamatok közben az említett sejtek kromatin állománya, vagyis a DNS és a hozzá kapcsolódó fehérjekomplexek. Az emlékképzést lehetővé tevő átszerveződés több fázisban, több napig (vagy még hosszabb ideig) tart, amely során megváltozik a kromatin sűrűsége és elrendeződése, és ezáltal specifikus gének hozzáférhetősége is.
Engramsejtek a hippokampuszban és az agy más részein is vannak. Az utóbbi években végzett kutatások alapján úgy tűnik, hogy ezek olyan hálózatokat képeznek, amelyek specifikus emlékekhez köthetők, és az emlék felidézésekor ez a hálózat aktiválódik újra. A háttérben zajló molekuláris folyamatokról ugyanakkor mostanáig nagyon keveset lehetett tudni. Az idegkutatók azzal már tisztában voltak, hogy az emlékek formálódása során az első fázisban egy specifikus géncsoport (immediate early genes, IEG) aktiválódik, majd ezek működése rövidesen visszatér a korábbi szintre. Az MIT kutatói arra voltak kíváncsiak, hogy mi történik ezt követően.
Az emlékek formálódása nagyon komplex és koordinált folyamat, amely órákon, napokon, de akár hónapokon át is húzódhat, mondja Asaf Marco, az eredményekről beszámoló tanulmány vezető szerzője. „Ez idő alatt több hullámban folyik a génkifejeződés és fehérjeszintézis, amelyek nyomán az idegsejtek közti kapcsolatok erősebbé és gyorsabbá válnak.” A szakértők azt feltételezték, hogy ezeket a hullámokat epigenomikai változások irányítják, vagyis kromatin anyagában zajló kémiai változások, amelyek meghatározzák, hogy melyik gén mennyire hozzáférhető. Li-Huei Tsai, a kutatási projekt vezetője korábbi vizsgálatai során csapatával azt már igazolta, hogy ha azok az enzimek, amelyek a kromatint hozzáférhetetlenné teszik, túlságosan aktívak, ez gátolhatja az új emlékek formálódását.
Az epigenomikai változások részletes tanulmányozásához a szakértők olyan egereket hoztak létre, amelyekben a hippokampusz engramsejtjei állandó fluoreszcens címkét kaptak, ha részt vettek egy emlék formálódásában. A rágcsálókat enyhe áramütésnek tették ki, amit megtanultak egy konkrét ketreccel azonosítani. Amikor ez az emlék elkezdett megszilárdulni az agyban, a folyamatban részt vevő idegsejtek elkezdtek termelni egy sárga fluoreszcens fehérjét. Az így megjelölt sejteket aztán rendszeresen ellenőrizték, megnézve, hogy mi történik velük órákkal vagy napokkal az áramütést követően, és mi zajlik bennük akkor, amikor az emlék felidéződik.
A vizsgálat eredményei szerint az emlék formálódásának első szakaszában a DNS számos régióján változások következnek be a kromatinban. A szerkezet fellazul, és a DNS egyes részei jobban hozzáférhetővé válnak. A kutatók meglepetésére ezen részek csaknem mindegyike nem kódoló, vagyis géneket nem tartalmazó régiónak bizonyult. Ehelyett úgynevezett enhancer szakaszokat tartalmaztak, amelyek a génműködés fokozását segítik elő. A kezdeti szakaszban így a génkifejeződés még nem változott, csak megkezdődött az erre való felkészülés.
Öt nappal az emlékképződés kezdete után a kutatók azt látták, hogy az emlék megszilárdult, az idegsejti kapcsolatok erősebbé váltak. Az enhancerek körüli kormatin szerkezete közben úgy változott meg, hogy a szakaszok közelebb kerültek az általuk szabályozott génekhez. Utóbbi gének továbbra sem aktiválódtak, de minden készen állt arra, hogy bekapcsolódjanak, ha az emlék felidéződik.
A következő fázisban a kutatók néhány egeret visszahelyeztek abba a ketrecbe, ahol az áramütést kapták, újra aktiválva az emléket. Az emléket őrző engramsejtekben az enhancer szakaszok aktiválták célgénjeiket, új génkifejeződési hullámot indítva be. Az aktivált gének egy részéről olyan proteinek kezdtek szintetizálódni, amelyek az idegsejtek közti kommunikációban vesznek részt, megerősítve az azok közti kapcsolatokat. Ezen kívül az információt más idegsejtektől felvevő nyúlványok, a dendritek is új tüskéket növesztettek, újabb bizonyítékát adva a kapcsolatok erősödésének.
A szakértők azt nem vizsgálták, hogy az epigenomikai módosulások mennyi ideig állnak fenn, de könnyen lehet, hogy hónapokig is. A következő szakaszban a folyamatok még alaposabb felderítése mellett a kutatók azt is tanulmányozni tervezik, hogyan változik a mechanizmus az olyan kórképek esetében, mint az emlékezés és emlékképzés komoly zavarával járó Alzheimer-kór.
