学习过程的实现,需要神经元连接的持续重构。LMU的研究团队在同期Cell Reports杂志上连发两篇文章,为学习过程背后的分子机制提供了新的线索。
在学习和记忆的过程中,大脑的神经连接不断重组。这两个过程都依赖于对突触(神经细胞间的功能性界面)的修饰,改变突触的形态、分子构成及其功能。那么细胞如何改变单个突触,同时避免影响同一细胞上的其它突触,或附近的其他细胞?LMU 的Michael Kiebler回答了这一问题。
“我们发现上述改变发生在,被突触输入所刺激的细胞,准确地说发生在这些细胞的树突棘,”他说,“神经元RNA颗粒负责将mRNA分子转运到这些位置。”这些mRNA作为蛋白的合成蓝图,负责指导突触的重新配置。研究人员指出,RNA颗粒从树突移动到树突,将mRNA特异性释放到反复激活的位点,保证蛋白合成只在需要的地方发生。
Stau2和Barentsz等mRNA结合蛋白,是神经元RNA颗粒的基本组分。此前人们普遍认为,这些颗粒的成分基本相同。然而,研究人员发现事实并非如此。
Kiebler等人在第一篇文章中,比较了含Stau2和含Barentsz的颗粒,发现其中三分之二的蛋白存在差异。“这意味着,根据携带的mRNA种类,RNA颗粒能够执行不同的功能。”此外,研究人员还发现,这些颗粒根本不含促进蛋白翻译的分子,反倒是具有抑制蛋白合成的分子,说明mRNA的转运过程与后续的蛋白合成并不相关。
在第二篇文章中,Kiebler等人鉴定了RNA颗粒所携带的mRNA。“我们首次在哺乳动物的神经元中鉴定了,Stau2颗粒所携带的RNA分子,”Kiebler解释道。研究显示,Stau2能够稳定mRNA,允许它们生产更多的蛋白。研究人员指出,Stau2通过mRNA中的特定结构SRS(Staufen-Recognized Structures)进行识别。
这两篇文章为阐明学习和记忆的分子机制,提供了重要信息。很明显,RNA结合蛋白在神经细胞中具有非常重要的作用。研究人员指出,破坏这些蛋白的活性,会导致神经退行性疾病和神经机能紊乱。文章总结道,RNA结合蛋白不仅与阿尔茨海默症和帕金森症有关,还涉及了认知缺陷以及年龄相关的学习能力衰退。
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