与学习和记忆有关的新机制——“智障蛋白质”

FMRP是一种会导致智力障碍的蛋白质，它可能通过在细胞核和遥远的树突之间建立一个反馈回路来调节神经元的突触反应。

　　

   

   

FMRP蛋白在海马记忆神经元的细胞体(黄色)和树突(红色)中执行不同的功能。

资料来源:洛克菲勒大学分子神经肿瘤实验室

当我们记住密码或学习大提琴时，神经元内部发生了什么?我们对学习和记忆的一些基本理解来自于对认知发展中断条件的研究。例如，FMRP，一种蛋白质的缺失会导致脆性X综合征、智力障碍和某些形式的自闭症，已经被证明在这些大脑功能中发挥关键作用，帮助调节神经元之间的突触连接。

现在一项新的研究表明，这种蛋白质的作用比以前所知的更加复杂。通过观察小鼠大脑海马区的记忆神经元，洛克菲勒的科学家们发现FMRP有两个不同的功能。在神经元的延伸部分或树突内，它调节加强与其他神经元连接所需的蛋白质。然而，在细胞内部，FMRP调节神经元中基因表达的整体状态。

“通过显微解剖脑组织，我们能够证明这种蛋白质在不同的细胞位置控制不同的功能，”洛克菲勒大学的罗伯特·达内尔教授和HHMI研究员说，他领导了这项研究。

这项发表在《eLife》杂志上的研究结果，可能会为学习和记忆、智力障碍和自闭症的潜在机制提供新的线索。

主调节器

每一个记忆的形成，或者另一个记忆的消失，都需要神经元之间突触强度的变化。当传入的信号以电信号的形式到达神经元时，神经元可以改变突触的强度，例如通过创造新的受体或移除旧的受体，这种升级需要神经元迅速产生大量的新蛋白质。

这种蛋白质的产生发生在细胞的树突上，树突上充满了等待被翻译成蛋白质的RNA分子。FMRP就像一个开关，通过与RNA序列结合来延迟翻译，然后通过与RNA分离来启动翻译。

已知FMRP直接结合和调控的RNA超过900种。为了更好地理解这种蛋白质在学习和记忆中的作用，达内尔和他的同事们用分子遗传学标记单个老鼠神经元，然后用手解剖突触和细胞体来分离它们。接下来，他们使用了CLIP技术，这是实验室开发的一种技术，可以将蛋白质-RNA复合物冻结在原位，并分析其组成。

树突部分含有与RNA结合的FMRP，其蛋白产物可以改变突触反应。

与此同时，在同一神经元的细胞体内，这种蛋白质与编码染色质修饰因子的不同RNA结合，染色质修饰因子是一种通过进入细胞核并向DNA添加化学标记来调节基因表达的蛋白质。

研究结果表明，FMRP有助于在细胞核和树突之间建立一个反馈回路，达内尔认为，这种机制可能会在细胞的指挥中心和数千个遥远的延伸之间提供一种交流，使突触反应处于控制之下。

他说:“如果神经元没有受到严格控制，它们可能会变得越来越兴奋，最终导致癫痫发作，这种现象在脆性X染色体综合征中可见。这个系统是用来控制自己的。”

---

---

杂志

eLife

DOI

10.7554/eLife.71892