Nature子刊：学习和记忆的光开关

生物通报道：最近，来自德国和法国的一个研究团队开发了一种光敏开关，可调节参与突触可塑性神经生物学的一个蛋白质。这项研究结果有望进一步阐释学习、记忆和神经退行性变这些现象。相关研究结果发表在最近的《Nature Communications》杂志。

　　

生物通报道：最近，来自德国和法国的一个研究团队开发了一种光敏开关，可调节参与突触可塑性神经生物学的一个蛋白质。这项研究结果有望进一步阐释学习、记忆和神经退行性变这些现象。延伸阅读：Nature子刊：光遗传学植入装置重要突破。

学习是由“大脑中神经细胞之间的功能连接是不断重塑的”这个事实促成的。由于这些连接的激活依赖性修改（“突触可塑性”）， 电路反复刺激“学习”以更加有效地传输信号。这个过程被认为是学习和记忆的分子基础，允许编码在这种网络中的信息，被召回并在新的情况下被利用。修饰的主要目标是神经细胞膜中的特殊受体蛋白，可介导单个神经元之间的电信号传输。

现在，慕尼黑大学化学生物学和遗传学教授Dirk Trauner带领的一组研究人员，在巴黎巴斯德研究所的同事合作，合成了一个光开关，使他们能够控制一类特定受体的活性，这类受体是记忆形成和储存的关键。该化合物为研究人员提供了一种强大的新工具，用于探索短期和长期记忆的基础机制。相关研究结果发表在最近的《Nature Communications》杂志。

个别神经细胞一般使用化学信使进行相互交流。这些所谓的神经递质是由信号传输纤维末端（轴突）的专门结构（称为突触）释放出来的，并弥漫在突触间隙——将神经细胞彼此分离的窄间隙。然后，该化学物质与受体在突触后的神经元上结合。突触后细胞如何反应，依赖于神经递质和相应受体的性质。Trauner研究组博士生、本文第一作者Laura Laprell说：“在这样的背景下，所谓的NMDA受体是非常特别的。它主要负责的是，我们有能力形成记忆和有能力学习这个事实。”

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以毫秒精度进行调节
Trauner教授和他的同事们，合成了一种化学物质，称为偶氮唑谷氨酸（ATG），可作为NMDA受体上的一个感光神经递质。有了这个工具的帮助，研究人员在实验室里，首次以很高的特异性和精度，激活和灭活这些受体。此外，与其他的光开关相比，ATG不会永久地与受体结合，而是自由扩散在突触前和突触后神经元之间的突触间隙。Laprell 解释说：“ATG在黑暗中是完全失活的，在它与受体结合并启动突触后细胞的去极化之前，必须曝光。”换句话说，为了被激活，神经细胞必须“见到光”。随后照射紫外线可在几毫秒内灭活ATG，从而使研究人员在时间域内精确地控制受体活化。

因为光可以非常精确地被控制，不论在空间上还是在时间上，因此，它提供了一个高度灵活的手段，来调节生物过程。但是，光的光谱成分必须加以考虑，因为光也可以破坏组织。这就解释了为什么光开关是由能量较低的光（波长较长）激活的。Trauner解释说：“ATG满足这个要求：它不仅在黑暗中是完全失活的——因此没有副作用，而且它还可以被红光高精度地激活。为此，我们利用‘双光子激活’——一种最先进的方法，将分子快速连续地暴露于两个低能光量子。红光还具有穿透更深层组织的优点。”

研究人员希望，他们新发现的、调节NMDA受体激活的能力，会给突触可塑性和记忆形成的内在机制，带来新的见解。NMDA受体也可能参与诱发或加重神经退行性疾病，如阿尔茨海默病和帕金森病。Trauner指出：“因此，更好的理解这类受体，再加上控制它们活性的能力，也成为这个领域的兴趣所在。”

（生物通：王英）

生物通推荐原文：
Laura Laprell, Emilienne Repak, Vilius Franckevicius, Felix Hartrampf, Jan Terhag, Michael Hollmann, Martin Sumser, Nelson Rebola, David A. DiGregorio, Dirk Trauner. Optical control of NMDA receptors with a diffusible photoswitch. Nature Communications, 2015; 6: 8076 DOI: 10.1038/ncomms9076