兩種蛋白質是如何確保記憶在幾分鐘內被編碼的？

進入一個陌生的地方會給你帶來新的回憶。麻省理工學院皮克爾學習和記憶研究所的一項新研究顯示了兩種蛋白質是如何確保記憶在幾分鐘內被編碼的。

盡管神經科學家很早就知道必須制造新的蛋白質來形成新的記憶，“我們仍然有幾個問題，”大腦和認知科學系助理教授、《神經科學》雜志資深作者徐偉峰說。新論文發(fā)表于《美國國家科學院院刊》。“記憶編碼的蛋白質合成速度需要多快？哪些靶標或蛋白質合成與編碼過程有關？您需要對這些目標進行編碼嗎？”

為了找到答案，徐的團隊，包括皮考爾研究所的第一作者和研究科學家肯德里克瓊斯，在記憶形成區(qū)海馬體進行了一項老鼠實驗。他們很快發(fā)現(xiàn)蛋白質、神經顆粒蛋白和FMRP也存在于人類中。

事實上，這兩種蛋白的異常與人類神經精神疾病和神經發(fā)育障礙有關——FMRP代表“脆性X智力低下蛋白”，因為它是遺傳性自閉癥樣脆性X綜合征的核心。先前的研究已經將神經顆粒素與精神分裂癥和智力低下聯(lián)系起來。因此，這項新的研究不僅為大腦如何記憶新的地方提供了見解，也為大腦其他部位(如額葉皮層)與這兩種蛋白質相關的問題如何破壞對這些疾病的認知提供了新的提示。

記憶機器

與新記憶的形成相關的蛋白質的產生發(fā)生在稱為突觸的部位，在那里神經元與電路中的其他神經元相連。這可能是由特定事件觸發(fā)的神經活動驅動的，例如遇到一個新的地方。

當小鼠被引入新的空間時，徐的團隊通過使用藥物在四個不同的時間點暫時中斷神經蛋白的產生來測試新的上下文記憶的時間范圍。根據(jù)第二天測試小鼠記憶的結果，研究人員發(fā)現(xiàn)，如果在進入新空間前30分鐘或剛剛進入新空間的瞬間給藥，可以阻止記憶的形成，但對暴露情境后立即或不久后的記憶形成沒有影響。徐說，鑒于時間窗口短，考慮到藥物在大腦中活躍所需的時間，情境記憶形成所需的第一個新蛋白質合成見效快，而且時間很短。

下一個問題是，在這個快速而短暫的過程中，似乎合成了什么樣的蛋白質。通過觀察最近放置在新環(huán)境中的小鼠的海馬體，科學家們發(fā)現(xiàn)了海馬體，從而能夠檢查28種可能的候選物(指定如何制造蛋白質的分子)的mRNA豐度的差異。在接觸新環(huán)境的小鼠中，只有神經顆粒素在蛋白質制造機器或核糖體中顯示出mRNA的顯著增加。

當暴露在新的地方時，神經顆粒素的產量會增加。那是形成他們記憶的必要條件嗎？為了找到答案，研究小組仔細研究了mRNA的結構，并設計了一種分子來特異性阻斷其活性。他們發(fā)現(xiàn)將這種分子引入海馬體可以防止神經顆粒素和記憶的形成。此外，在已經阻斷神經顆粒素產生的小鼠中，添加神經顆粒素可以恢復記憶編碼。總之，這些結果使研究人員相信，神經顆粒素必須大量存在才能記住新的形成位點。

隨后，研究人員探索了神經顆粒蛋白翻譯調控的本質，并通過無偏篩選確定FMRP為神經顆粒蛋白信使RNA的相互作用伙伴。通過剔除FMRP基因，他們可以觀察到，如果沒有FMRP基因，小鼠在接觸新的地方時不會產生額外的神經顆粒蛋白或形成記憶。考慮到海馬中神經顆粒素mRNA的豐富，徐假設和另一個可能來自同一家族的蛋白FXR2P調節(jié)核糖體中神經顆粒素mRNA的翻譯。徐推測，較高的速率幾乎與神經顆粒素mRNA的快速快速反應相同。

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