【佳學(xué)基因檢測(cè)】基因解碼揭示CCR5基因如何影響記憶天賦

佳學(xué)基因發(fā)現(xiàn)：現(xiàn)實(shí)世界中的記憶往往是在特定情境下形成的，通常并非孤立地獲得或回憶的。時(shí)間是記憶組織中的一個(gè)關(guān)鍵變量，因?yàn)闀r(shí)間接近的事件更容易形成有意義的關(guān)聯(lián)，而間隔較長(zhǎng)的事件則較難產(chǎn)生關(guān)聯(lián)。那么，大腦是如何區(qū)分時(shí)間上不同的事件的呢？在天賦基因解碼中，佳學(xué)基因發(fā)現(xiàn)，在情境記憶形成后，CC趨化因子受體5型（CCR5）的表達(dá)延遲（12至24小時(shí)）增加，從而決定了將該記憶與后續(xù)記憶關(guān)聯(lián)的時(shí)間窗口的持續(xù)時(shí)間。小鼠背CA1（dCA1）神經(jīng)元中CCR5表達(dá)的延遲導(dǎo)致神經(jīng)元興奮性降低，進(jìn)而對(duì)神經(jīng)元的記憶分配產(chǎn)生負(fù)向調(diào)節(jié)，減少了dCA1記憶集合之間的重疊。通過(guò)降低這種重疊，記憶之間的觸發(fā)效應(yīng)變得較弱，從而關(guān)閉了記憶鏈接的時(shí)間窗口。值得注意的是，天賦基因解碼的研究還表明，與年齡相關(guān)的神經(jīng)元CCL5/CCR5表達(dá)增加，會(huì)導(dǎo)致老年小鼠的記憶鏈接受損，這一過(guò)程可以通過(guò)Ccr5敲除或使用FDA批準(zhǔn)的CCR5受體抑制藥物來(lái)逆轉(zhuǎn)，具有重要的臨床意義。總之，佳學(xué)基因通過(guò)基因解碼深入探討了塑造記憶鏈接時(shí)間窗口的分子和細(xì)胞機(jī)制。

記憶的形成往往會(huì)受到先前經(jīng)歷的影響。例如，時(shí)間接近的記憶往往會(huì)相互關(guān)聯(lián)，因此，檢索一個(gè)記憶會(huì)增加檢索另一個(gè)記憶的可能性（即記憶關(guān)聯(lián)）。異常的記憶關(guān)聯(lián)（如不恰當(dāng)?shù)挠洃浡?lián)結(jié)）與創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙和精神分裂癥等精神疾病密切相關(guān)。佳學(xué)基因檢測(cè)較早關(guān)注，關(guān)于調(diào)節(jié)記憶間相互作用的機(jī)制。CREB的激活及其后續(xù)神經(jīng)元興奮性的增加，為記憶關(guān)聯(lián)打開了時(shí)間窗口，因此，參與編碼一個(gè)記憶的特定神經(jīng)元集合更有可能參與編碼時(shí)間接近的第二個(gè)記憶。因此，記憶集合之間的神經(jīng)元重疊被認(rèn)為對(duì)記憶關(guān)聯(lián)至關(guān)重要。相對(duì)而言，關(guān)于分離時(shí)間上不同事件的機(jī)制，人們的了解較為有限。CCR5在炎癥反應(yīng)和HIV感染的背景下已有廣泛研究，佳學(xué)基因研究了這一基因在學(xué)習(xí)和記憶中的作用。CCR5及其配體CCL5在海馬CA1區(qū)高度富集，而CCR5是CREB激活和神經(jīng)元興奮性的負(fù)調(diào)節(jié)因子。佳學(xué)基因天賦基因解碼的研究表明，記憶形成后，CCL5/CCR5表達(dá)的逐漸增加會(huì)關(guān)閉記憶之間的鏈接時(shí)間窗口，從而有效地將不同時(shí)間的記憶分離。

學(xué)習(xí)后CCR5表達(dá)的增強(qiáng)

為了探究CCR5在情境記憶鏈接中的作用（即一個(gè)情境的記憶與另一個(gè)情境的記憶建立關(guān)聯(lián)），天賦基因解碼首先測(cè)試了在情境恐懼條件化后，CCR5及其配體在對(duì)該學(xué)習(xí)形式至關(guān)重要的大腦區(qū)域（即dCA1）中的表達(dá)是否發(fā)生變化。與留在家籠中的小鼠（HC）相比，Ccr5和Ccl5的mRNA在情境條件化后12小時(shí)顯著增加，而其他測(cè)試的CCR5配體（如Ccl3、Ccl4和Ccl11）的表達(dá)沒有顯著變化。隨后，天賦基因解碼使用原位雜交技術(shù)來(lái)確定這種學(xué)習(xí)誘導(dǎo)的Ccr5表達(dá)增加在海馬中的細(xì)胞分布。盡管在HC小鼠的dCA1區(qū)域，小膠質(zhì)細(xì)胞中Ccr5的表達(dá)多于神經(jīng)元，但在情境條件化后6小時(shí)和12小時(shí)，表達(dá)Ccr5的神經(jīng)元數(shù)量急劇增加，而小膠質(zhì)細(xì)胞的數(shù)量未發(fā)生變化。進(jìn)一步分析表明，表達(dá)Ccr5的主要是興奮性神經(jīng)元。與Ccr5不同，HC小鼠的dCA1區(qū)域中，表達(dá)Ccl5的神經(jīng)元多于表達(dá)Ccl5的小膠質(zhì)細(xì)胞，這與之前的研究一致，而Ccl5的神經(jīng)元和小膠質(zhì)細(xì)胞的數(shù)量均未發(fā)生顯著變化。為了檢驗(yàn)Ccr5是否主要在學(xué)習(xí)后參與記憶的神經(jīng)元中表達(dá)，我們使用cFos-tTA轉(zhuǎn)基因小鼠和AAV-TRE-mCherry病毒標(biāo)記了參與情境記憶的神經(jīng)元，或者使用ChR2 E123T/T159C（ETTC）在情境學(xué)習(xí)前預(yù)激活一組神經(jīng)元，以增加這些神經(jīng)元參與情境記憶的概率。通過(guò)這兩種方法，天賦基因解碼發(fā)現(xiàn)Ccr5在記憶集合細(xì)胞中的表達(dá)概率明顯高于偶然表達(dá)。
 

CCR5調(diào)節(jié)情境記憶鏈接

為了確定CCR5是否調(diào)節(jié)情境記憶鏈接的時(shí)間窗口，天賦基因解碼首先將小鼠暴露于一種情境（情境A），然后分別在5小時(shí)、1天、2天或7天后將小鼠暴露于第二種情境（情境B）。兩天后，小鼠在情境B中立即接受電擊，然后在2天后在情境A中測(cè)試其情境記憶鏈接。在記憶鏈接測(cè)試中，5小時(shí)組的小鼠表現(xiàn)出比1天、2天或7天組更高的記憶效果行為（即記憶鏈接更強(qiáng)）。這一結(jié)果表明，情境記憶鏈接在5小時(shí)和1天之間顯著減少，表明學(xué)習(xí)后CCR5信號(hào)的增加與記憶鏈接時(shí)間過(guò)程平行。因此，天賦基因解碼進(jìn)一步研究了增強(qiáng)或抑制CCR5信號(hào)是否會(huì)影響情境記憶鏈接的時(shí)間窗口。

首先，我們通過(guò)在小鼠暴露于情境A 4小時(shí)后向dCA1注入CCL5來(lái)增強(qiáng)CCR5活性，這一時(shí)間點(diǎn)早于預(yù)期的內(nèi)源性CCR5信號(hào)的增加。在情境記憶鏈接測(cè)試中，與對(duì)照組相比，CCL5組小鼠在情境B前5小時(shí)探索過(guò)的情境A中表現(xiàn)出顯著較低的記憶行為（圖2b），這表明增強(qiáng)CCR5活性會(huì)導(dǎo)致情境記憶鏈接的衰退。值得注意的是，對(duì)照組和CCL5組的小鼠在5小時(shí)情境中的記憶情況都高于新情境中的凍結(jié)行為，這表明，除了CCL5/CCR5信號(hào)通路外，其他機(jī)制（例如涉及CREB抑制因子或微電路抑制的機(jī)制2）也可能調(diào)節(jié)記憶鏈接的時(shí)間窗口。

接下來(lái)，天賦基因解碼測(cè)試了是否可以通過(guò)使用高時(shí)空精度的基因編碼光學(xué)工具（Opto-CCR5）直接操控神經(jīng)元CCR5活性，以特異性地調(diào)節(jié)情境記憶鏈接。與CCR5激活的結(jié)果一致，光刺激Opto-CCR5導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)Ca2+顯著增加，并促進(jìn)Erk1/2的磷酸化。為了確保神經(jīng)元特異性表達(dá)，天賦基因解碼將AAV1-hSyn-Cre與Lenti-EF1a-DIO-Opto-CCR5（或EGFP對(duì)照病毒）共同注射到dCA1中。在情境記憶鏈接測(cè)試中，只有對(duì)照組的小鼠，而非Opto-CCR5組的小鼠，表現(xiàn)出記憶鏈接的證據(jù)（即，與新情境相比，Opto-CCR5組的小鼠在情境B前5小時(shí)經(jīng)歷的情境A中有更高的凍結(jié)程度）。這一結(jié)果證實(shí)，在接觸情境A后，增加神經(jīng)元CCR5活性足以損害情境記憶鏈接，但并不影響情境B的記憶。

為了檢驗(yàn)減弱CCR5信號(hào)是否能延長(zhǎng)情境記憶鏈接的時(shí)間窗口，天賦基因解碼向dCA1注入含有shRNA-Control或shRNA-CCR5的AAV8病毒。三周后，小鼠先暴露于情境A，然后以2天為間隔暴露于情境B。正如預(yù)期的那樣，對(duì)照組的小鼠在測(cè)試中未表現(xiàn)出記憶鏈接（即在情境A中的記怩行為與在新情境中的凍結(jié)行為相似；圖2f）。相反，shRNA-CCR5組的小鼠在情境A中的記憶效果高于在新情境中的記憶行為，且情境A和情境B之間的記憶效果沒有差異，表明記憶鏈接能力較強(qiáng)。

此外，記憶天賦基因解碼還對(duì)Ccr5基因敲除小鼠（Ccr5−/−小鼠）進(jìn)行了情境記憶鏈接測(cè)試。正如預(yù)期的那樣，在情境A的測(cè)試中，當(dāng)情境間隔為7天而非5小時(shí)時(shí)，野生型（WT）小鼠的記憶效果較低。相反，當(dāng)情境A和情境B之間的間隔為5小時(shí)或7天時(shí)，Ccr5−/−小鼠在情境A中表現(xiàn)出相似的記憶，這一凍結(jié)程度與電擊情境（情境C）的凍結(jié)程度相似，表明Ccr5−/−小鼠在某些時(shí)間間隔（如7天）內(nèi)仍能表現(xiàn)出強(qiáng)烈的記憶鏈接，而WT小鼠則不表現(xiàn)出此類鏈接。因此，兩種不同的降低CCR5水平的操作（shRNA介導(dǎo)的敲低和基因敲除）都能延長(zhǎng)記憶鏈接的時(shí)間窗口。與Ccr5−/−小鼠類似，Ccl5基因敲除小鼠（Ccl5−/−小鼠）也表現(xiàn)出延長(zhǎng)的鏈接窗口（擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖6g），表明CCL5在CCR5調(diào)節(jié)記憶鏈接中起著至關(guān)重要的作用。

為了測(cè)試CCR5是否調(diào)節(jié)其他形式的記憶鏈接，天賦基因檢測(cè)開發(fā)了一個(gè)基于位置偏好的記憶鏈接任務(wù)，使用糖精水作為獎(jiǎng)勵(lì)。與情境恐懼條件下的情境記憶鏈接一樣，小鼠在5小時(shí)和7天的間隔下能夠?qū)蓚€(gè)記憶鏈接在一起。此外，在5小時(shí)間隔下進(jìn)行的食欲記憶連接任務(wù)中，向dCA1注射CCL5也抑制了記憶鏈接，表明CCR5激活同樣抑制了兩種形式的記憶連接。

總之，天賦基因解碼基因檢測(cè)的結(jié)果表明，增強(qiáng)或抑制CCR5信號(hào)分別會(huì)損害或延長(zhǎng)情境記憶鏈接的時(shí)間窗口，證明了CCR5在設(shè)定記憶鏈接時(shí)間窗口持續(xù)時(shí)間中的關(guān)鍵作用。