Cell：记忆形成的新线索

通过研究大脑中调控蛋白质形成的少量遗传物质，来自约翰霍普金斯大学的科学家称他们找到了一些关于记忆如何形成的新线索，有朝一日或可利用药物来阻止这一过程中的混乱，治疗其导致的精神疾病和脑损耗疾病。相关研究论文发表于3月2日Cell杂志上。

　　

生物通报道  通过研究大脑中调控蛋白质形成的少量遗传物质，来自约翰霍普金斯大学的科学家称他们找到了一些关于记忆如何形成的新线索，有朝一日或可利用药物来阻止这一过程中的混乱，治疗其导致的精神疾病和脑损耗疾病。

研究人员在发表于3月2日Cell杂志上的论文中称某些microRNAs是调控脑源性神经营养因子（BDNF）作用的关键因子。BDNF长期以来被证实与脑细胞存活、正常学习和改善记忆相关。

在学习的过程中，大脑海马区的细胞会释放生长因子蛋白BDNF促进参与记忆形成的其他蛋白合成。BDNF已知促进了脑细胞中低于4%的不同种类蛋白质的合成，然而直到现在科学家们对于它的作用机制仍知之甚少。

在这篇文章中，来自约翰霍普金斯大学医学院生物化学和神经科学系副教授Mollie Meffert领导的研究小组对BDNF特异性确定开启哪些蛋白质的机制进行了追踪，由此揭示出了调控microRNAs的作用。

MicroRNAs是一类可靶向结合和阻断mRNA的小分子。在细胞中大量的microRNAs可导致蛋白质合成关闭，反而言之，某些microRNAs缺失也可引起特定的蛋白质合成增高。

研究人员测量了用BDNF处理的脑细胞的microRNA水平，并与未经BDNF处理的神经元细胞进行了比较。他们发现在BDNF处理的脑细胞中某些microRNAs的水平较低，表明BDNF调控了这些microRNAs的水平，通过这种调控还影响了蛋白质合成。聚焦于这些在BDNF处理细胞中消失的特异microRNAS，研究人员证实所有的这些microRNAS都拥有相同的基因序列，称为Let-7 microRNAs。

“其他的研究人员过去曾证实这一短基因序列可选择性的阻止Let-7 microRNAs生成，”Meffert说。

为了确定Let-7 microRNAs缺失是否会促使BDNF提高特异性蛋白质合成，Meffert研究小组对神经元进行了遗传工程操作，使得细胞中Let-7 microRNAs水平不会下降。研究人员发现用BDNF处理这些神经元不再会引起microRNA水平降低，或学习与记忆蛋白水平增高。

此外，通过测量BDNF处理细胞中的microRNA水平，研究人员还发现了174种表达增高的microRNAs。这表明BNDF处理还可促进其他一些microRNAs生成，因此降低某些蛋白质的合成。Meffert说在学习和记忆过程中可能必须要降低其中的一些蛋白质的水平，而另外一些可能根本与此无关。

为了证实BDNF是通过microRNA作用来终止某些蛋白质合成的，研究人员对活性脑细胞进行了监控，以确定在何处mRNA对BDNF做出了响应。研究人员发现无法翻译为蛋白质的mRNA在细胞内的一些小结构中发生了积聚。利用显微镜，研究人员对细胞皿中用荧光分子标记的脑细胞进行了观察。他们发现用BDNF处理细胞可导致发光微小结构的数量和大小不断增加。因此研究人员确定BDNF利用了microRNA向这些亮点输送mRNA，由此使这些mRNA远离了可将它们转变为蛋白质的翻译机器。

“监控这些荧光复合物为我们开启了一道窗口，通过它我们可以了解BDNF如何能够仅靶向影响某些帮助神经元生长和记忆的蛋白质合成，”Meffert说。

Meffert补充说：“现在我们知道了BDNF促进学习和记忆蛋白生成的机制，我们就有机会去探索促进这一机制的治疗方案，以实现对某些精神疾病和神经退行性疾病例如阿尔茨海默氏症患者的治疗。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Dual Regulation of miRNA Biogenesis Generates Target Specificity in Neurotrophin-Induced Protein Synthesis

Control of translation is a fundamental source of regulation in gene expression. The induction of protein synthesis by brain-derived neurotrophic factor (BDNF) critically contributes to enduring modifications of synaptic function, but how BDNF selectively affects only a minority of expressed mRNAs is poorly understood. We report that BDNF rapidly elevates Dicer, increasing mature miRNA levels and inducing RNA processing bodies in neurons. BDNF also rapidly induces Lin28, causing selective loss of Lin28-regulated miRNAs and a corresponding upregulation in translation of their target mRNAs. Binding sites for Lin28-regulated miRNAs are necessary and sufficient to confer BDNF responsiveness to a transcript. Lin28 deficiency, or expression of a Lin28-resistant Let-7 precursor miRNA, inhibits BDNF translation specificity and BDNF-dependent dendrite arborization. Our data establish that specificity in BDNF-regulated translation depends upon a two-part posttranscriptional control of miRNA biogenesis that generally enhances mRNA repression in association with GW182 while selectively derepressing and increasing translation of specific mRNAs.