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長(zhǎng)期記憶設(shè)置需要可靠的快遞員

2021-07-21 09:10

大腦是用來(lái)學(xué)習(xí)的。每一次經(jīng)歷，我們的神經(jīng)元都會(huì)分支出來(lái)建立新的聯(lián)系，建立我們的長(zhǎng)期記憶回路。科學(xué)家稱這種特性為可塑性，指的是適應(yīng)和隨著經(jīng)驗(yàn)改變的能力。

斯克里普斯研究所官網(wǎng)7月13日消息

為了發(fā)生可塑性，我們神經(jīng)元的突觸或連接點(diǎn)也必須不斷地重塑和適應(yīng)。因?yàn)樗箍死锲账寡芯克⊿cripps Research Institute）神經(jīng)科學(xué)家 Sathya Puthanveettil 博士實(shí)驗(yàn)室的新研究，神經(jīng)元突觸可塑性的機(jī)制變得更加清晰。

科學(xué)家們已經(jīng)了解到，突觸可塑性需要從神經(jīng)元的細(xì)胞體到其樹突臂和突觸連接的復(fù)雜中繼。就像一個(gè) 24 小時(shí)開放的港口和高速公路網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)由微管道路和機(jī)器人般的快遞員組成的內(nèi)部運(yùn)輸系統(tǒng)將細(xì)胞的重要貨物運(yùn)送到最遠(yuǎn)的地方。運(yùn)輸?shù)呢浳镌试S核糖體細(xì)胞器組裝，讀取各種 RNA 指令，并根據(jù)需要在樹突中構(gòu)建新的蛋白質(zhì)。

在近日發(fā)表在《細(xì)胞報(bào)導(dǎo)》（Cell Reports）上的一項(xiàng)研究中，Puthanveettil 的團(tuán)隊(duì)報(bào)告說(shuō)，在運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的信使分子中，有兩個(gè)驅(qū)動(dòng)蛋白家族成員，KIF5C 和 KIF3A。研究小組發(fā)現(xiàn)，如果 KIF5C 被敲除，神經(jīng)元分支樹突和形成輸入接收棘的能力就會(huì)受到影響。Kif5C 的功能獲得改善了這些特征。

研究于2021年7月13日發(fā)表在《Cell Reports》（最新影響因子：8．109）雜志上

該研究的第一作者、Puthanveettil 實(shí)驗(yàn)室的研究助理 Supriya Swarnkar 博士說(shuō)，對(duì)這些過(guò)程的細(xì)節(jié)的辨別指出了神經(jīng)系統(tǒng)疾病的可能原因，并提供了新的治療方向。她說(shuō)，這些驅(qū)動(dòng)蛋白（Kifs）發(fā)揮著重要作用。

“形成記憶的能力取決于神經(jīng)元從細(xì)胞體到突觸的長(zhǎng)距離運(yùn)輸系統(tǒng)的正常運(yùn)作，”Swarnkar 說(shuō)。“而且許多研究報(bào)告了 Kifs 突變與神經(jīng)系統(tǒng)疾病之間的聯(lián)系，包括智力障礙、自閉癥和 ALS。”

在結(jié)構(gòu)上，許多驅(qū)動(dòng)蛋白家族蛋白質(zhì)類似于行走的機(jī)器人，這是科幻小說(shuō)中的東西。它們有一個(gè)承載貨物的平臺(tái)，以及兩條腿狀的附屬物，它們沿著微管以向前行走的方式來(lái)回移動(dòng)。事實(shí)上，它們被稱為分子機(jī)器。這些非凡的步行機(jī)器人背著他們的貨物移動(dòng)，直到他們到達(dá)突觸目的地并存放他們的包裹。

神經(jīng)科學(xué)家 Sathya Puthanveettil 博士

Puthanveettil 說(shuō)，這些分子機(jī)器有 46 種不同類型，專門用于運(yùn)送不同類型的貨物。科學(xué)家們開始了解哪些 Kif 攜帶哪些貨物。

Puthanveettil 的團(tuán)隊(duì)預(yù)計(jì) KIF5C 的貨物可能包含各種 RNA。DNA 的表親，編碼基因并駐留在細(xì)胞核中，RNA 從 DNA 轉(zhuǎn)錄而來(lái)，將其遺傳指令帶到細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中，構(gòu)建由基因編碼的蛋白質(zhì)，并幫助調(diào)節(jié)細(xì)胞活動(dòng)。每個(gè)不同的 RNA 都有不同的工作。

通過(guò)分離 KIF5C 及其貨物的復(fù)合物，然后對(duì) RNA 進(jìn)行測(cè)序，他們記錄了大約 650 種依賴 KIF5C 的不同信使RNA。

值得注意的是，這包括提供啟動(dòng)蛋白質(zhì)構(gòu)建的代碼的 RNA，稱為 EIF3G。如果它沒(méi)有在需要的時(shí)間和地點(diǎn)出現(xiàn)，則不會(huì)制造突觸可塑性所需的化合物。Puthanveettil 說(shuō)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)重塑突觸和學(xué)習(xí)的能力受損。

為了更好地理解Kifs在長(zhǎng)期記憶儲(chǔ)存和回憶中的作用，該團(tuán)隊(duì)在細(xì)胞和小鼠中進(jìn)行了功能喪失和功能增加的研究，重點(diǎn)是參與多種學(xué)習(xí)形式的背側(cè)海馬CA1神經(jīng)元。

小鼠研究表明，KIF5C 的缺失會(huì)減少空間和恐懼相關(guān)的記憶。另一方面，如果背側(cè)海馬體中的 KIF5C 增強(qiáng)，則記憶會(huì)得到增強(qiáng)和放大。這些細(xì)胞表現(xiàn)出突觸傳遞增強(qiáng)、樹突臂的樹枝化、神經(jīng)元的臂狀延伸以及接收信號(hào)的蘑菇刺的噴發(fā)。蘑菇棘密度與記憶和突觸可塑性相關(guān)。

斯克里普斯研究所鳥瞰

總之，該研究為解決各種神經(jīng)精神疾病提供了新的思路。Puthanveettil 說(shuō)，智力障礙、抑郁、癲癇、阿爾茨海默病——任何可以從神經(jīng)元樹突中關(guān)鍵蛋白的或多或少表達(dá)中受益的事物都可能對(duì)增強(qiáng)或減少這些分子信使做出反應(yīng)。

參考文獻(xiàn)

Source：St George＇s， University of London

Machine－Learning Can Identify Signs of Alzheimer’s in Patients Recalling the Story of Cinderella

Reference：

Natasha Clarke et al， A Comparison of Connected Speech Tasks for Detecting Early Alzheimer＇s Disease and Mild Cognitive Impairment Using Natural Language Processing and Machine Learning， Frontiers in Computer Science （2021）． DOI： 10．3389／fcomp．2021．634360

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