Epigenetic regulation of gene expression has been implicated in long-lasting memory formation. However, little is known about the role of chromatin remodeling mechanism in learning and memory. Recent study reports that BAF53b, a post-mitotic neuron-specific subunit of Brg/Brm-associated factor (BAF) chromatin remodeling complex is involved in hippocampus-dependent memory formation. However, whether BAF53b plays a role for long-term fear memory formation in lateral amygdala (LA), and its underlying mechanisms remain unknown. To address these issues, I used viral vectors to manipulate expression level of BAF53b specifically in LA and investigated its effects on long-term memory formation and synaptic structural plasticity using auditory fear conditioning paradigm. First, I found that Baf53b knockdown in LA neurons impaired long-term, but not short-term, fear memory formation, proving that BAF53b function in LA is essential for long-term fear memory formation. Second, transient BAF53b overexpression in LA enhanced long-term memory up to one month with no effect on short-term memory. Third, at the synapse level, confocal imaging of synaptic spines, visualized with GFP or dye injection in LA after fear learning revealed that the density of thin-type spine was specifically increased in BAF53b-overexpressing neurons one hr after learning, while head volume of mushroom-type spine in BAF53b knockdown neurons was significantly decreased compared to that in control neurons 24 hrs after learning. In parallel to this result, RT-PCR analysis showed that Baf53b knockdown blocked activity-dependent upregulation of miR132, which is known to be involved in regulation of activity-dependent spine enlargement. Taken together, my results demonstrate that BAF53b in LA is essential for long-term fear memory formation of auditory fear conditioning and reveal novel underlying mechanisms of BAF53b during long-lasting memory formation.
후생유전이 장기 기억 형성에서 중요한 역할을 한다는 것이 알려져 왔다. 하지만 기억과 학습에 크로마틴 리모델링 복합체의 역할에 대해서는 알려진 바가 거의 없다. 최근 연구에서 BAF53b, BAF 크로마틴 리모델링 복합체의 뉴런 특이 구성요소(subunit), 이 해마 의존적인 학습에 관여된다는 보고가 있었다. 하지만 편도체 의존적인 공포 학습(암시적 기억 중 한 형태)에서 장기 기억 형성에서 어떤 역할을 하는지는 알려지지 않았다. 이 의문에 답하기 위해서 나는 마우스 공포 학습 모델에서 양측 외측 편도체(lateral amygdala)에 선택적으로 바이러스를 이용해서 BAF53b 발현을 조작함으로써 BAF53b 가 장기 기억과 시냅스 및 구조적 가소성에 어떤 기능을 하는 지를 연구하였다. 첫째, Baf53b knockdown 이 단기 기억엔 영향이 없고 장기 기억 형성을 저해한다는 사실을 밝혔다. 이는 BAF53b 가 장기 공포 기억 형성에 필요하다는 것을 말해준다. 둘째, 양측 외측 편도체에 일시적으로 BAF53b 를 과발현시켰을 때 단기 기억에는 영향이 없고 장기 기억을 항진시키고 그 효과는 한달 후 시행한 테스트에서도 유지된다는 것을 발견했다. 셋째, 공초점 현미경과 biocytin dye 및 GFP 발현을 이용해서 시냅스 수준에서 구조적 변화를 관찰한 결과 BAF53b 과발현한 신경세포에서 공포 학습 후 1 시간 째 thin spine 의 형성이 특이적으로 증가한 것을 확인했다. 반면에 Baf53b knockdown 신경세포에서는 공포 학습 후 24 시간 째에 작은 사이즈의 mushroom spine 에서 머리의 부피를 감소시키는 효과를 관찰하였다. 이러한 현상과 설명할 수 있는 유전자 발현 조절을 살펴본 결과, RT-PCR 실험을 통해 Baf53b knockdown 이 신경 세포 활성에 수반된 miR132 의 발현 유도를 억제하는 것을 밝혔다. miR132 는 자극에 수반된 수지상 돌기(dendritic spine)의 부피 증가의 조절에 관여하는 것으로 알려져 있다. 정리하자면 나의 실험결과들은 공포 학습에서 장기 기억 형성에 편도체 내의 BAF53b 가 핵심적인 역할을 하며 장기 기억 형성 과정에 동반된 시냅스의 구조적 가소성을 조절하는 작동방식을 통해서 이뤄진다는 사실을 처음으로 제시하였다.
