恐懼調控藥物來臨?! 5-hydroxymethylcytosine (5-hmC)/ ten-eleven translocation (Tet)

研究稱DNA修飾可控制個體恐懼感 2014-05-09 03:42 來自昆士蘭大學昆士蘭腦研究所的神經學家或許發現了控制個體產生恐懼感的方法 新浪科技訊 香港時間5月9日消息，對許多人來說，類似乘坐飛機或看到蜘蛛在地板上爬過這樣的經歷，並不只是簡單地導致心跳加速和手心出汗，而是已經成為嚴重的恐懼症，能帶來沉重的焦慮。近日，一個國際研究團隊的論文指出，他們或許發現了通過DNA修飾來控制個體恐懼感的方法。 昆士蘭大學昆士蘭大腦研究所(QBI)的高級研究員、神經科學家Timothy Bredy博士稱，研究團隊闡明了如何緩解與恐懼相關的記憶，特別是在恐懼症或創傷後精神壓力障礙的病例中。 Timothy Bredy博士稱，他們已經發現了與消除恐懼有關的基因調控新機制。這種機制是一種抑制性的學習過程，當無需做出反應的時候，這一過程對於控制個體的恐懼至關重要。Bredy說："基因運作的方式並不是靜態的，而是動態變化的，能隨著我們每天的生活經驗而改變，與情緒有關的事件會產生顯著的影響。" 通過瞭解在不改變內在序列的前提下改變DNA功能的機理，可以為未來開發與恐懼相關的焦慮症靶向療法提供依據。Bredy說："通過新型的表觀遺傳學調控模式對基因實施靶向作用，選擇性地加強消除恐懼的記憶，從而達到想要的效果。" 研究團隊中的博士生Xiang Li說，恐懼消除是個體快速行為適應的一個明顯例子。恐懼消除過程中的障礙與焦慮症(恐懼相關的)的出現具有密切聯繫。Bredy博士稱，該研究首次綜合分析了DNA修飾如何影響恐懼的消除。參與這項研究的還有來自加州大學歐文分校和哈佛大學的學者。相關研究結果發表在近期的《美國科學院院刊》(PNAS)上。(任天)

Neocortical Tet3-mediated accumulation of 5-hydroxymethylcytosine promotes rapid behavioral adaptation." PNAS 2014 ; published ahead of print April 22, 2014/ 5-hydroxymethylcytosine (5-hmC) is a novel DNA modification that is highly enriched in the adult brain and dynamically regulated by neural activity. 5-hmC accumulates across the lifespan; however, the functional relevance of this change in 5-hmC and whether it is necessary for behavioral adaptation have not been fully elucidated. Moreover, although the ten-eleven translocation (Tet) family of enzymes is known to be essential for converting methylated DNA to 5-hmC, the role of individual Tet proteins in the adult cortex remains unclear. Using 5-hmC capture together with high-throughput DNA sequencing on individual mice, we show that fear extinction, an important form of reversal learning, leads to a dramatic genome-wide redistribution of 5-hmC within the infralimbic prefrontal cortex. Moreover, extinction learning-induced Tet3-mediated accumulation of 5-hmC is associated with the establishment of epigenetic states that promote gene expression and rapid behavioral adaptation.

增強 NMDA 受體glycine modulatory site 的活性可透過擦除記憶痕跡的方式而達到恐懼記憶的消除/毛盛駿

暴露治療法(exposure therapy)是指讓病人暴露在各種不同的刺激性情境之中，使之逐漸耐受並能適應的一類認知行為治療的方法。它是治療創傷後壓力症候群、社交恐懼症和強迫症等精神性症狀最常用的行為療法，絕大多數焦慮性疾病的治療可以採用暴露療法，透過與情緒反應有關的誘發刺激，通過有步驟地重複暴露取得適應並消除病人的情緒反應。 證據指出，記憶的消除模式（extinction training）並不會將原本的記憶擦除殆盡，而是形成一種新的抑制性的學習過程，進而防止原本已經存在的記憶表現。但這種透過NMDA受體活化調控所促進的恐懼記憶消除究竟是一種全新的抑制性記憶增強，還是舊有恐懼記憶的部分消除，仍然是需要進一步探討的。於是我們的研究透過恐懼制約與記憶消除的動物模式探討增強NMDA受體glycine modulatory site突觸反應的NMDA受體部分致效劑D-cycloserine(DCS)與glycine transporter(GlyT)抑制劑NFPS對於恐懼記憶消除過程的影響。 此論文的研究共分為三部分。其中在第一部份的研究中，我們先探討作用於NMDA受體glycine modulatory site的部分致效劑DCS對於恐懼記憶消除分子機制層面的影響。發現在恐懼制約訓練後1小時，當恐懼記憶尚未完全固化時給予記憶消除訓練模式，可以逆轉原本伴隨恐懼記憶形成的突觸與細胞膜表面AMPA受體GluR1次體增加情形與恐懼反應。然而，記憶消除訓練若在制約後24小時當恐懼記憶已完全固化時才給予，增加的恐懼反應會被降低，但增加的突觸與細胞膜表面GluR1次體卻未受影響。於是我們將NMDA受體部份致效劑DCS於記憶消除訓練執行前30分鐘投入大腦兩側的杏仁核區，發現不但可更進一步增強記憶消除訓練造成的恐懼反應降低程度，同時也降低了原本被恐懼制約增加的細胞膜表面GluR1次體。將刺激電極置於杏仁核腦切片的external capsule (EC)部位誘導高頻電刺激，可增加杏仁核側核神經元(LA neurons)的突觸反應且持續超過2個小時，若在刺激後1小時當長期增益現象已完全固化時給予低頻電刺激，並不會對已增加的突觸反應產生影響，然而若在執行低頻電刺激的同時給予DCS則可成本冗犮h增益現象(depotentiation)與逆轉原本經由高頻電刺激所增加的細胞膜表面GluR1次體增加情形。 而在第二部份的研究中，我們進一步探討DCS促進恐懼記憶消除的詳細機制。首先在杏仁核區域腦切片的離體實驗中，我們發現DCS選擇性的增強NMDA受體所調控的突觸反應，但卻不會影響AMPA 受體所調控的突觸反應。低頻電刺激(low-frequency stimulation; LFS)合併給予DCS可誘發GluR1 與GluR2的胞飲作用(endocytosis)產生。原本單獨投予N-methy-D-aspartate (NMDA)無法造成杏仁核區神經細胞產生長期抑制現象(long-term depression ; LTD)與細胞膜表面GluR1與GluR2次體胞飲的濃度，在DCS的合併投予下則可成左熔ㄔ矷C而低頻電刺激(LFS)合併給予DCS所促進的去增益現象與受體胞飲則會在蛋白體抑制劑(proteasome inhibitors)的給予下逆轉。此外，蛋白體抑制劑同樣可逆轉低頻電刺激合併投予DCS 所造成的整體PSD-95與SAP97的減少。接著在活體實驗中，原本在大鼠杏仁核腦區投予DCS所造成的恐懼記憶進一步的消除與細胞膜表面GluR1與GluR2次體的降低也可在蛋白體抑制劑的投予之下達到逆轉。且DCS促進原本興奮性恐懼記憶擦除的部分並不會產生再復發(reinstatement)的行為。 最後在第三部份的研究中，我們探討glycine transporter (GlyT) 抑制劑NFPS對於恐懼記憶消除之分子機制與行為層面上之影響。在杏仁核區域腦切片的離體實驗中，我們發現NFPS選擇性的增強NMDA受體所調控的突觸反應，但卻不會影響AMPA 受體所調控的突觸反應。在GlyT抑制劑NFPS的投予下，會促使原本單獨投予無反應的NMDA產生整體PSD-95與SAP97蛋白質，以及細胞膜表面AMPA受體GluR1與GluR2次體的降低。在活體實驗中，恐懼記憶消除訓練降低了恐懼指數，但卻不會影響經由制約學習所引發的細胞表面GluR1與GluR2次體的增加，但若合併投予NFPS則進一步的加強了記憶的消除反應並只展現出部分的再復發行為，且成左滌f轉了經由制約學習所引發的細胞表面GluR1與GluR2次體的增加，與AMPA/NMDA ratio的上升。最後，恐懼記憶消除訓練合併投予NFPS與Tat-GluR23Y合成胜（已知可阻斷AMPA受體胞飲反應）卻僅僅抑制了恐懼記憶消除訓練合併投予NFPS所造成的額外記憶消除。

綜合以上結果，我們證實了： 1.    恐懼制約與記憶消除訓練模式的執行時間間隔決定了記憶存在的完整性抑或被消除，而DCS可以刺激代表恐懼記憶的興奮性痕跡之逆轉，且DCS所增強的記憶消除與逆轉突觸表面AMPA受體GluR1次體增加情形可能是透過刺激AMPA受體的胞飲作用而產生。 2.    DCS所增強的記憶消除與逆轉突觸表面AMPA受體GluR1與GluR2次體增加情形可能是透過刺激AMPA受體的胞飲作用而產生，而此種作用可能與泛蛋白-蛋白體系統(ubiquitin-proteasome system)的調控有關。 3.    恐懼記憶消除訓練合併投予NFPS藉由逆轉GluR1與GluR2次體的細胞膜表現，進而加強了恐懼記憶的消除，而Tat-GluR23Y合成胜專一性的阻斷了NFPS所促進的記憶消除，證實了NFPS所促進的記憶消除與逆轉細胞膜表面AMPA受體GluR1與GluR2次體增加情形可能是由於AMPA受體的胞飲作用而產生。