Epigenetica memoriei: controlul expresiei amintirilor prin modificări genetice reversibile

Un studiu realizat de echipa de la Laboratorul de Neuroepigenetică al École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), publicat la 29 octombrie 2025 în Nature Genetics, oferă o perspectivă revoluționară asupra modului în care epigenetica poate controla expresia memoriei. Folosind o combinație inovatoare între tehnologia CRISPR și marcarea celulelor engram, cercetătorii au demonstrat pentru prima dată că modificarea epigenetică a unei singure gene implicate în plasticitatea sinaptică poate opri sau reactiva o amintire.

Context

Memoria este codificată în creier sub forma unor grupuri de neuroni denumite engrame, care se activează în timpul învățării și se reactivează atunci când ne amintim o experiență. De-a lungul ultimului deceniu, numeroase studii au arătat că procesele de învățare și memorare sunt asociate cu modificări epigenetice – adică schimbări chimice reversibile ce reglează expresia genelor fără a altera secvența ADN. Aceste modificări, precum metilarea ADN-ului sau acetilarea histonelor, funcționează ca un sistem de notițe moleculare care marchează ce gene sunt „pornite” sau „oprite”.

Totuși, până în prezent, nu era clar dacă starea epigenetică a unei singure gene poate fi suficientă pentru a determina dacă o amintire este exprimată sau nu. Cercetarea echipei lui Johannes Gräff răspunde pentru prima dată afirmativ acestei întrebări fundamentale.

Despre studiul actual

Studiul a combinat tehnologia CRISPR-based gene control cu o metodă de etichetare a celulelor engram la șoareci, pentru a manipula precis expresia genei Arc (Activity-regulated cytoskeleton-associated protein) – un element-cheie în consolidarea sinapselor și plasticitatea neuronală.

Pentru a controla expresia acestei gene, cercetătorii au creat un set de instrumente epigenetice CRISPR personalizate:

• unele, precum KRAB-MeCP2, au fost concepute pentru a inactiva genele, adăugând markeri epigenetici represivi care reduc accesibilitatea ADN-ului;

• altele, dimpotrivă, au fost configurate pentru a deschide structura cromatinei și a crește activitatea genei Arc.

Aceste instrumente au fost livrate direct în hipocampul șoarecilor – regiunea cerebrală esențială pentru stocarea și reactualizarea memoriei – prin intermediul unor vectori virali inofensivi.

Ulterior, animalele au fost antrenate într-un protocol clasic de condiționare contextuală a fricii, în care trebuiau să asocieze un anumit spațiu cu un șoc electric ușor la picioare. După stabilirea acestei amintiri, cercetătorii au modificat starea epigenetică a genei Arc pentru a observa dacă aceasta poate influența expresia comportamentală a amintirii.

În plus, echipa a introdus și un „mecanism de siguranță” – un sistem reversibil care permitea anularea modificării epigenetice, resetând astfel starea memoriei la forma inițială.

Rezultate

Rezultatele experimentale au fost remarcabile:

• Suprimarea epigenetică a genei Arc în celulele engram a condus la absența învățării – șoarecii nu mai prezentau comportamentul de teamă asociat contextului șocului.

• Activarea epigenetică a aceleiași gene a avut efectul opus, determinând o consolidare semnificativă a memoriei, cu reacții comportamentale mai intense la reamintirea contextului.

• Mai mult, aceste efecte au fost reversibile în același individ, ceea ce demonstrează că expresia memoriei poate fi „reglată” în ambele sensuri prin manipulări epigenetice precise.

Un aspect deosebit de important este că și amintirile consolidate de câteva zile, care în mod normal devin mai stabile și mai dificil de modificat, au putut fi alterate prin schimbarea stării epigenetice a genei Arc.

La nivel molecular, analiza transcriptomică și epigenomică a relevat că modificările comportamentale observate corespundeau cu schimbări în activitatea genică și în ambalarea ADN-ului, confirmând relația cauzală directă între epigenetică și expresia memoriei.

Concluzii și implicații

Acest studiu reprezintă prima demonstrație directă că modificarea epigenetică a unei gene specifice într-un set de celule ale memoriei este suficientă și necesară pentru a controla expresia unei amintiri.

Descoperirea deschide un nou câmp de cercetare în neuroștiințe, cu aplicații potențiale în:

• tulburarea de stres posttraumatic (PTSD), unde amintirile traumatice ar putea fi „dezactivate” controlat;

• dependență, prin reprogramarea memoriei asociate consumului de droguri;

• boli neurodegenerative (precum boala Alzheimer), unde consolidarea memoriei este afectată.

Pe termen lung, această abordare ar putea conduce la strategii terapeutice epigenetice personalizate, capabile să restabilească echilibrul între amintirile utile și cele distructive.