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科学家发现钙离子的新功能——影响大脑记忆力

2016/08/30 来源:生物探索
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导读
近日,来自斯克里普斯研究所佛罗里达州校区(TSRI)的研究团队在发表在Cell Reports上的一项研究发现,神经元中线粒体中的钙离子摄取过程可以影响神经元突触囊泡的密度和轴突长度,并且与大脑发育和成年的认知能力密切相关。


众所周知,钙元素对我们的骨骼与牙齿至关重要。但它在神经元中的作用——尤其是学习和记忆过程中的作用并不明确。

近日,来自斯克里普斯研究所佛罗里达州校区(TSRI)的研究团队在发表在Cell Reports上的一项研究对钙离子的作用提出了新观点,他们认为线粒体中的钙离子可以影响大脑发育和成年的认知能力。

研究小组用果蝇进行了这项实验,在阻断线粒体的钙通道,使钙离子不能进入线粒体后,果蝇出现了记忆障碍,但是没有改变学习能力。


本研究发现,在发育过程中抑制果蝇蘑菇体(蘑菇体是昆虫大脑的主要结构和最高级中枢)神经元的线粒体钙摄取过程会损伤果蝇记忆力,但不改变学习能力。此外,神经元结构和突触囊泡浓度也会发生改变。

研究人员发现,完整的单向转运体对于成年果蝇记忆的完整性是必须的。不过,令人惊讶的是,虽然它们在在阻断钙通道后只有短暂记忆,却仍然可以学习。

线粒体在调控细胞内的钙离子信号过程中扮演着重要角色。许多研究都表明线粒体对钙离子的调控影响着细胞生理的多个方面,包括代谢、细胞存活和自噬。

线粒体钙摄取(MCE)被一个大分子复合物介导。后者由一种能够形成孔隙的亚基——线粒体钙单向转运体(MCU)组成,它在2011首次发现,可以使细胞内的钙离子进入线粒体。同时,MCU还被其他几种蛋白调控,分别是MICU1、 MICU2和EMRE。其中,已经有研究表明MICU1突变人群会表现出学习障碍。


线粒体钙单向转运体复合物模式图,包括MCU,EMRE, MICU1,和MICU2。复合物位于线粒体内膜上,它介导钙离子从膜间隙进入基质。

研究结果表明,在神经发育过程中抑制线粒体钙单向转运体功能导致了成年果蝇突触囊泡含量减少(这些细胞内的囊泡储存着各种各样的神经递质)以及神经元轴突增长。

虽然研究人员观察到了这些现象,但是突触囊泡减少的具体机制仍然不清楚。他们认为这是一项非常有趣的发现,并且值得进一步探索。

本文编译自The Scripps Research Institute网站,原标题:“Scripps Florida Scientists Shed New Light on the Role of Calcium in Learning and Memory”

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