兩種蛋白質(zhì)是如何確保記憶在幾分鐘內(nèi)被編碼的？

進(jìn)入一個(gè)陌生的地方會(huì)給你帶來(lái)新的回憶。麻省理工學(xué)院皮克爾學(xué)習(xí)和記憶研究所的一項(xiàng)新研究顯示了兩種蛋白質(zhì)是如何確保記憶在幾分鐘內(nèi)被編碼的。

盡管神經(jīng)科學(xué)家很早就知道必須制造新的蛋白質(zhì)來(lái)形成新的記憶，“我們?nèi)匀挥袔讉€(gè)問(wèn)題，”大腦和認(rèn)知科學(xué)系助理教授、《神經(jīng)科學(xué)》雜志資深作者徐偉峰說(shuō)。新論文發(fā)表于《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》。“記憶編碼的蛋白質(zhì)合成速度需要多快？哪些靶標(biāo)或蛋白質(zhì)合成與編碼過(guò)程有關(guān)？您需要對(duì)這些目標(biāo)進(jìn)行編碼嗎？”

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

事實(shí)上，這兩種蛋白的異常與人類神經(jīng)精神疾病和神經(jīng)發(fā)育障礙有關(guān)——FMRP代表“脆性X智力低下蛋白”，因?yàn)樗沁z傳性自閉癥樣脆性X綜合征的核心。先前的研究已經(jīng)將神經(jīng)顆粒素與精神分裂癥和智力低下聯(lián)系起來(lái)。因此，這項(xiàng)新的研究不僅為大腦如何記憶新的地方提供了見(jiàn)解，也為大腦其他部位(如額葉皮層)與這兩種蛋白質(zhì)相關(guān)的問(wèn)題如何破壞對(duì)這些疾病的認(rèn)知提供了新的提示。

記憶機(jī)器

與新記憶的形成相關(guān)的蛋白質(zhì)的產(chǎn)生發(fā)生在稱為突觸的部位，在那里神經(jīng)元與電路中的其他神經(jīng)元相連。這可能是由特定事件觸發(fā)的神經(jīng)活動(dòng)驅(qū)動(dòng)的，例如遇到一個(gè)新的地方。

當(dāng)小鼠被引入新的空間時(shí)，徐的團(tuán)隊(duì)通過(guò)使用藥物在四個(gè)不同的時(shí)間點(diǎn)暫時(shí)中斷神經(jīng)蛋白的產(chǎn)生來(lái)測(cè)試新的上下文記憶的時(shí)間范圍。根據(jù)第二天測(cè)試小鼠記憶的結(jié)果，研究人員發(fā)現(xiàn)，如果在進(jìn)入新空間前30分鐘或剛剛進(jìn)入新空間的瞬間給藥，可以阻止記憶的形成，但對(duì)暴露情境后立即或不久后的記憶形成沒(méi)有影響。徐說(shuō)，鑒于時(shí)間窗口短，考慮到藥物在大腦中活躍所需的時(shí)間，情境記憶形成所需的第一個(gè)新蛋白質(zhì)合成見(jiàn)效快，而且時(shí)間很短。

下一個(gè)問(wèn)題是，在這個(gè)快速而短暫的過(guò)程中，似乎合成了什么樣的蛋白質(zhì)。通過(guò)觀察最近放置在新環(huán)境中的小鼠的海馬體，科學(xué)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(zhì)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(jīng)顆粒素在蛋白質(zhì)制造機(jī)器或核糖體中顯示出mRNA的顯著增加。

當(dāng)暴露在新的地方時(shí)，神經(jīng)顆粒素的產(chǎn)量會(huì)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(xì)研究了mRNA的結(jié)構(gòu)，并設(shè)計(jì)了一種分子來(lái)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(jīng)顆粒素和記憶的形成。此外，在已經(jīng)阻斷神經(jīng)顆粒素產(chǎn)生的小鼠中，添加神經(jīng)顆粒素可以恢復(fù)記憶編碼?？傊?，這些結(jié)果使研究人員相信，神經(jīng)顆粒素必須大量存在才能記住新的形成位點(diǎn)。

隨后，研究人員探索了神經(jīng)顆粒蛋白翻譯調(diào)控的本質(zhì)，并通過(guò)無(wú)偏篩選確定FMRP為神經(jīng)顆粒蛋白信使RNA的相互作用伙伴。通過(guò)剔除FMRP基因，他們可以觀察到，如果沒(méi)有FMRP基因，小鼠在接觸新的地方時(shí)不會(huì)產(chǎn)生額外的神經(jīng)顆粒蛋白或形成記憶?？紤]到海馬中神經(jīng)顆粒素mRNA的豐富，徐假設(shè)和另一個(gè)可能來(lái)自同一家族的蛋白FXR2P調(diào)節(jié)核糖體中神經(jīng)顆粒素mRNA的翻譯。徐推測(cè)，較高的速率幾乎與神經(jīng)顆粒素mRNA的快速快速反應(yīng)相同。

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