- È possibile modificare la memoria attivando un gene specifico?
- Un interruttore epigenetico può alterare i ricordi già consolidati?
Memoria e cervello: come un “interruttore epigenetico” può modificarla
Le esperienze lasciano tracce nel cervello, conservate in piccoli gruppi di cellule chiamate engrammi. Gli engrammi contengono le informazioni di un ricordo e si riattivano ogni volta che ricordiamo, rendendoli un punto focale negli studi su memoria e perdita di memoria legata all’età o a traumi.
Contemporaneamente, gli scienziati hanno scoperto che la biologia dell’apprendimento è accompagnata da cambiamenti epigenetici, ovvero processi con cui la cellula regola i geni aggiungendo “note chimiche” sul DNA.
Tuttavia, fino a oggi, non era chiaro se lo stato epigenetico di un singolo gene potesse influenzare direttamente la memoria.
Il ruolo del gene Arc nella memoria
Un team guidato dal professor Johannes Gräff presso il Laboratorio di Neuroepigenetica dell’EPFL ha combinato il controllo genico basato su CRISPR con una tecnica che identifica le cellule degli engrammi nei topi. Gli scienziati si sono concentrati su Arc, un gene che consente ai neuroni di adattare le loro connessioni con altri neuroni.
Modificando la regione di controllo di Arc, il team ha voluto capire se attivare o disattivare il suo “interruttore epigenetico” potesse alterare direttamente la memoria.
L’interruttore epigenetico: modulare Arc con CRISPR
I ricercatori hanno sviluppato strumenti basati su CRISPR in grado di aumentare o ridurre l’attività di Arc nelle cellule della memoria. Alcuni strumenti, come KRAB-MeCP2, sono progettati per spegnere il gene aggiungendo marcatori repressivi, mentre altri aprono il DNA e attivano il gene. Questi strumenti funzionano come un vero e proprio “interruttore epigenetico” per Arc.
Successivamente, hanno utilizzato virus innocui per somministrare questi strumenti direttamente nell’ippocampo dei topi, una regione cerebrale centrale per memoria e richiamo dei ricordi. Gli animali sono stati addestrati a collegare un luogo specifico a una lieve scossa elettrica.
Modificando lo stato epigenetico di Arc nei neuroni, gli scienziati hanno potuto osservare se i topi ricordassero o meno la scossa. È stato aggiunto anche un “interruttore di sicurezza” per annullare la modifica e ripristinare lo stato della memoria.
Risultati: silenziare o potenziare la memoria
Lo studio, pubblicato su Nature Genetics, ha dimostrato che silenziare epigeneticamente Arc nelle cellule degli engrammi impediva l’apprendimento, mentre aumentarne l’attività rafforzava la memoria. Questi cambiamenti erano reversibili nello stesso animale, confermando che questo “interruttore epigenetico” può modulare l’espressione dei ricordi.
Anche ricordi già consolidati da giorni, solitamente difficili da modificare, potevano essere alterati. A livello molecolare, le modifiche hanno provocato cambiamenti nell’attività genica e nell’impacchettamento del DNA coerenti con gli effetti comportamentali osservati.
Controllare l’espressione della memoria
Questa ricerca rappresenta la prima dimostrazione diretta che cambiare lo stato epigenetico nelle cellule della memoria è necessario e sufficiente per controllarne l’espressione. I risultati aprono nuove prospettive su come i ricordi vengono immagazzinati e modificati, con potenziali implicazioni per gli esseri umani.
Applicazioni future nella ricerca medica
Approcci simili potrebbero aiutare a comprendere meglio condizioni in cui il processamento della memoria si altera, come i ricordi traumatici nel PTSD, i ricordi legati alle droghe nella dipendenza o i problemi di memoria nelle malattie neurodegenerative.
Domande chiave dello studio
1) Cosa hanno manipolato gli scienziati per controllare la memoria?
Hanno modificato lo stato epigenetico del gene Arc nelle cellule dell’ippocampo, modulando l’espressione della memoria.
2) Qual è l’effetto sulla memoria?
Spegnere Arc impediva l’apprendimento e il richiamo, mentre potenziarlo rafforzava i ricordi, anche dopo la loro stabilizzazione.
3) Perché questa scoperta è significativa?
È la prima prova che modificare direttamente lo stato epigenetico di un singolo gene nelle cellule della memoria può controllare la formazione e il richiamo dei ricordi.
Ricordiamo cos’è il CRISPR
Il CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) è una tecnologia avanzata di modifica genetica che permette di tagliare, modificare o sostituire sequenze specifiche di DNA in modo preciso e relativamente semplice. Il termine completo è CRISPR-Cas9, dove Cas9 è l’enzima “forbice” che taglia il DNA, e CRISPR è un sistema di sequenze guida che indica esattamente dove fare il taglio.
In pratica, funziona così:
- Guida: Una sequenza di RNA guida il sistema CRISPR verso una regione precisa del DNA.
- Taglio: L’enzima Cas9 taglia il DNA in quel punto.
- Riparazione o modifica: La cellula cerca di riparare il DNA tagliato, e durante questo processo i ricercatori possono inserire, eliminare o correggere geni specifici.
Applicazioni principali:
- Medicina: correggere mutazioni genetiche responsabili di malattie ereditarie.
- Agricoltura: creare piante più resistenti a malattie o stress ambientali.
- Ricerca scientifica: studiare funzioni geniche e meccanismi biologici, come nel caso del gene Arc nella memoria.
CRISPR è considerata una rivoluzione nella genetica perché è più precisa, veloce e versatile rispetto alle tecniche precedenti di ingegneria genetica.