Ook bij vastleggen van geheugen speelt methylering een rol

Ratten kunnen zich recente voorvallen alleen herinneren als de juiste genen aan of uit staan. Het aan- of uitschakelen van de genen gebeurt door het vastplakken of losmaken van methylgroepen aan het DNA van de genen. De methylering is het werk van een groep enzymen: de DNA methyltransferases (DNMT’s). Sommige van die enzymen plakken methylgroepen vast aan het DNA, andere halen ze eraf.

Neurobiologen van de universiteit van Alabama hebben ontdekt dat deze enzymen in de hersenen van ratten fors in activiteit toenemen als de dieren enkele korte elektrische schokjes krijgen. Deze nare ervaring vergeten ze normaal gesproken niet, behalve als de activiteit van de DNMT’s wordt onderdrukt. Blijkbaar spelen deze enzymen, en dus veranderende genactiviteiten, een rol bij de opslag van ervaringen in het geheugen (Neuron, 15 maart).

DNA-methylering is van groot belang bij de embryonale ontwikkeling. Genen die in een bepaald stadium daarvan niet meer nodig zijn, worden ermee uitgeschakeld. Ook zijn er genen die bij de geboorte van de vader of van de moeder afkomstig zijn die met methylering selectief zijn uitgeschakeld (imprinting). De laatste decennia wordt steeds duidelijker dat methylering – epigenetische regulatie – ook een snel proces kan zijn dat bij de regulering van celprocessen bij volwassen dieren een rol speelt.

In de jaren tachtig bleek bijvoorbeeld al dat de activiteit van de DNMT’s, de enzymen die methylgroepen plakken en verwijderen, in de hersenen tamelijk hoog is. Een goede verklaring hiervoor was er echter niet. Wel werd ontdekt dat in de hersenen van mensen met schizofrenie en bepaalde vormen van zwakzinnigheid afwijkingen in de DNA-methylering en de activiteit van bepaalde DNMT’s optreden. Dit bracht de onderzoekers in Alabama ertoe om de rol van deze enzymen bij normale hersenprocessen zoals het geheugen te onderzoeken.

Daartoe plaatsten zij ratten tijdelijk in een voor hun vreemd hok, dienden de dieren een aantal lichte elektrische schokken toe, waarna de ratten terug mochten naar hun eigen kooi. Als ze een dag later nog eens in datzelfde hok werden geplaatst, versteenden de dieren van angst. Tijdens dit experiment maten de onderzoekers een forse toename van de activiteit van de DNMT’s in de hippocampus, een deel van de hersenen dat betrokken is bij het opslaan van nieuwe herinneringen.

In een volgend experiment dienden zij andere ratten meteen na een serie schokjes stoffen toe die de activiteit van de DNMT’s remmen. Aldus behandelde dieren vertoonden geen angstreactie als ze een dag later in hetzelfde hok werden geplaatst. De conclusie is duidelijk: herinneringen worden alleen gevormd als methylgroepen aan DNA gehecht, of ervan afgehaald kunnen worden. Sterker nog, ze vonden een relatie tussen de activiteit van de DNMT’s en die van genen waarvan bekend is dat zij de geheugenvorming positief (een gen met de naam reelin) of negatief (het gen voor fosfatase 1) beïnvloeden. Van het eerste gen worden tijdens het experiment met de stroomstootjes methylgroepen afgehaald, terwijl aan het tweede gen methylgroepen worden toegevoegd, zodat het wordt geremd. DNA-(de)methylering en epigenetische regulatie spelen dus een belangrijke rol bij het vastleggen van herinneringen. Huup Dassen