記憶何以長期保存？或與突觸中的長效蛋白有關(guān) | PNAS

熱門推薦：記憶 , PNAS , 長效蛋白 ,

來源：生物探索

2018-04-04

為什么很多記憶能夠維持很長時間，甚至于一生？最新一篇發(fā)表于PNAS期刊的文章給出了線索：研究發(fā)現(xiàn)，突觸中存在長效蛋白，而且它們的半衰期會跟隨神經(jīng)元活動變化而變化，從而在維持記憶、認(rèn)知能力上發(fā)揮潛能。

記憶的形成被認(rèn)為是突觸強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)變化的結(jié)果。雖然記憶可以存儲很長時間，但是構(gòu)成突觸的蛋白質(zhì)、脂類會不斷代謝、死亡和更新。科學(xué)家們推測，記憶維持的分子基礎(chǔ)可能依賴于長效蛋白（long-lived proteins，LLPs），但是并不清楚突觸中是否含有這類蛋白。

現(xiàn)在，約翰斯?霍普金斯大學(xué)的科學(xué)家們以小鼠為模型，證實這一推測是正確的。他們共篩選到164種長效蛋白，其壽命長至數(shù)周、數(shù)月，甚至于數(shù)年。團(tuán)隊負(fù)責(zé)人、olomon H. Snyder 神經(jīng)科學(xué)部們主任、Kavli神經(jīng)科學(xué)發(fā)現(xiàn)研究所主任Richard Huganir教授認(rèn)為，這些穩(wěn)定的蛋白質(zhì)很有可能是哺乳動物（包括人類）調(diào)控長期記憶、學(xué)習(xí)機(jī)制的一部分分子機(jī)制。

doi.org/10.1073/pnas.1720956115

通常，細(xì)胞內(nèi)多數(shù)蛋白生存期較短，快速的降解、合成有助于減輕毒副作用，從而確保細(xì)胞的正常功能。但是在特定的組織器官中，半衰期長的蛋白質(zhì)有利于維持其穩(wěn)定性，例如晶體蛋白、膠原蛋白、孔內(nèi)的蛋白質(zhì)（通道蛋白）和組蛋白。

“我們知道，突觸的整體結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，至少在老鼠大腦中可以維持一年時間。” Richard Huganir教授表示，“所以，我們推斷，突觸中一定存在長效蛋白。”

帶著這樣的想法，他們以小鼠為模型，給它們喂食帶有分子示蹤劑的食物。以7周為一個喂食周期，前7周喂食的是攜帶有“重型”示蹤劑（含有額外中子的氨基酸）的食物，后7周更換為“輕型”示蹤劑（沒有額外中子）。

研究團(tuán)隊分析了兩組小鼠的腦組織——其中一組是僅僅喂養(yǎng)7周的兩只小鼠，另一組是經(jīng)歷過兩段喂食（14周）的小鼠。另外，他們還將4只小鼠放置于配備有管道、玩具等物件的房間內(nèi)，用于刺激小鼠大腦活動，并在每個周期（7周）對其中兩只進(jìn)行腦組織分析。

Long-term stability of the structure of synapses (magenta) and the expression of neurotransmitter receptors (yellow) at synapses in the brain. Arrows and arrowheads mark the same synapses imaged in live mice over four weeks. Credit: Johns Hopkins Medicine

利用質(zhì)譜儀，研究團(tuán)隊共分析了突觸中2272個蛋白質(zhì)的“重/輕”氨基酸的比例。考慮到長效蛋白傾向于以更快的速度與“重型”示蹤劑結(jié)合，且轉(zhuǎn)換速度較慢，他們共篩選出164種生命周期顯著較長的蛋白質(zhì)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，有一個長效蛋白屬于RAS信號通路，其余則與細(xì)胞骨架有關(guān)。

研究人員認(rèn)為，突觸蛋白的轉(zhuǎn)換速度比胞質(zhì)蛋白慢，這可能是突觸結(jié)構(gòu)和功能長期穩(wěn)定的基礎(chǔ)。隨著時間的推移，這些長效蛋白會逐漸累積，所以下一步他們計劃通過分析50種最長壽的蛋白，找到蛋白與認(rèn)知能力衰退之間的關(guān)聯(lián)。

責(zé)編：悠然

參考資料：

In mice, long-lasting brain proteins offer clues to how memories last a lifetime

點擊下圖，即刻登記觀展！