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记忆何以长期保存?或与突触中的长效蛋白有关 | PNAS

2018/04/04 来源:生物探索
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导读
为什么很多记忆能够维持很长时间,甚至于一生?最新一篇发表于PNAS期刊的文章给出了线索:研究发现,突触中存在长效蛋白,而且它们的半衰期会跟随神经元活动变化而变化,从而在维持记忆、认知能力上发挥潜能。


图片来源:Pixabay

记忆的形成被认为是突触强度、结构变化的结果。虽然记忆可以存储很长时间,但是构成突触的蛋白质、脂类会不断代谢、死亡和更新。科学家们推测,记忆维持的分子基础可能依赖于长效蛋白(long-lived proteins,LLPs),但是并不清楚突触中是否含有这类蛋白。

现在,约翰斯•霍普金斯大学的科学家们以小鼠为模型,证实这一推测是正确的。他们共筛选到164种长效蛋白,其寿命长至数周、数月,甚至于数年。团队负责人、olomon H. Snyder 神经科学部们主任、Kavli神经科学发现研究所主任Richard Huganir教授认为,这些稳定的蛋白质很有可能是哺乳动物(包括人类)调控长期记忆、学习机制的一部分分子机制。


doi.org/10.1073/pnas.1720956115

通常,细胞内多数蛋白生存期较短,快速的降解、合成有助于减轻毒副作用,从而确保细胞的正常功能。但是在特定的组织器官中,半衰期长的蛋白质有利于维持其稳定性,例如晶体蛋白、胶原蛋白、孔内的蛋白质(通道蛋白)和组蛋白。

“我们知道,突触的整体结构非常稳定,至少在老鼠大脑中可以维持一年时间。” Richard Huganir教授表示,“所以,我们推断,突触中一定存在长效蛋白。”

带着这样的想法,他们以小鼠为模型,给它们喂食带有分子示踪剂的食物。以7周为一个喂食周期,前7周喂食的是携带有“重型”示踪剂(含有额外中子的氨基酸)的食物,后7周更换为“轻型”示踪剂(没有额外中子)。

研究团队分析了两组小鼠的脑组织——其中一组是仅仅喂养7周的两只小鼠,另一组是经历过两段喂食(14周)的小鼠。另外,他们还将4只小鼠放置于配备有管道、玩具等物件的房间内,用于刺激小鼠大脑活动,并在每个周期(7周)对其中两只进行脑组织分析。


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

利用质谱仪,研究团队共分析了突触中2272个蛋白质的“重/轻”氨基酸的比例。考虑到长效蛋白倾向于以更快的速度与“重型”示踪剂结合,且转换速度较慢,他们共筛选出164种生命周期显著较长的蛋白质。进一步研究发现,有一个长效蛋白属于RAS信号通路,其余则与细胞骨架有关。

研究人员认为,突触蛋白的转换速度比胞质蛋白慢,这可能是突触结构和功能长期稳定的基础。随着时间的推移,这些长效蛋白会逐渐累积,所以下一步他们计划通过分析50种最长寿的蛋白,找到蛋白与认知能力衰退之间的关联。

责编:悠然

参考资料:

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

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