この発見はマウス実験から得られました。長期記憶が形成される際、一部の脳細胞は非常に強い電気活動を経験し、それが原因でDNAが断裂することがあります。その後、炎症反応が開始され、これらの損傷を修復して記憶の定着を助けます。
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本を暗唱しても覚えられない理由がこれか、俺の遺伝子が強すぎたのか 私の脳は自己防衛をしていて、学習を妨げようとしている
などの神経変性疾患の患者では故障し、ニューロンのDNAに誤りが蓄積する可能性があることを示している。
2021年、MIT（マサチューセッツ工科大学）の神経生物学者である蔡立慧（リッヒー・ツァイ）氏とその同僚たちは、二重鎖DNA断裂が脳内で一般的に存在し、それが学習プロセスと関連していることを発見した。これは初めてDNA損傷と記憶を結びつける研究であった。
記憶形成におけるDNA断裂の役割をより深く理解するために、ラドゥロヴィッチ氏とその研究チームは、マウスを新しい環境と軽い電気ショックとの関連付けを行う訓練に晒しました。その後、同じ環境に戻されたマウスは、例えば動かずに恐怖を示すなど、「経験を覚えた」兆候を見せました。次に、研究者たちは記憶形成と密接に関連する脳の領域である海馬において、ニューロン内の遺伝子活動を分析しました。研究の結果、訓練後の4日目に、ある一群のニューロンで炎症に関連する遺伝子の活性が高まっていることがわかりました。そして、訓練後3週間では、これらの遺伝子の活性は著しく低下していました。
TLR9というタンパク質でした。TLR9は、細胞内の遊離したDNA断片に対する免疫反応を引き起こします。ラドゥロヴィッチ氏は説明しますが、この炎症反応は、免疫細胞が侵入する病原体の遺伝物質に対抗する際の反応に類似しています。しかし、今回の研究では、神経細胞が外部からの侵入者ではなく、自らのDNAに対して反応していることが明らかになりました。
研究によると、TLR9は特に海馬内の一部のニューロンで最も活発に機能しており、これらのニューロンではDNA断裂が修復されにくい傾向がありました。これらの細胞では、DNA修復メカニズムが通常細胞分裂や分化に関与する細胞小器官である中心体に集約されていました。しかし、成熟した神経細胞は分裂しないため、ラドゥロヴィッチ氏は「中心体がDNA修復に関与するのは予想外だった」と述べています。彼女は推測し、記憶形成の仕組みは、免疫細胞が外来物質に接触した際に適応するプロセスと類似している可能性があると考えています。つまり、損傷と修復のサイクルの中で、ニューロンはDNA断裂を引き起こす記憶形成イベントの情報をエンコードするかもしれません。
研究者がマウスからTLR9タンパク質をコードする遺伝子を除去すると、これらのマウスは長期記憶を想起する能力に困難を示しました。以前に電気ショックを受けた環境に戻された際、これらのマウスは遺伝子が完全なマウスよりも明らかに少ない「動かない行動」を示しました。ラドゥロヴィッチ氏は、これらの発見が示唆することについて述べています
では、長期記憶は遺伝するのでしょうか？