《Neuron》短寿命分子支持长期记忆

　　大脑中信息存储的关键基因参与了一个自我调节反馈循环来巩固记忆。

　　

为了长期巩固记忆，连接神经元的特定突触必须得到加强，这需要某些蛋白质的存在。然而，其中一些蛋白质及其mRNAs的半衰期很短。利用高时间和空间分辨率成像，研究人员已经解决了这些记忆相关分子之一的悖论。他们最近发表在《Neuron》杂志上的研究报告称，小鼠细胞和脑组织中的单一刺激会随着时间的推移触发一系列转录和翻译周期，从而促进持久记忆的形成

“长期以来，蛋白质合成是记忆巩固的必要分子基质，这是该领域的一个教条，”石溪大学的神经科学家Prerana Shrestha（没有参与这项研究）说。“直到最近，研究人员还缺乏工具来研究亚细胞区室中实时发生的时空分解蛋白质合成。[这项工作]提供了一个很好的例子，说明我们可以用革命性的高分辨率成像工具做什么。”

在记忆形成过程中突触重塑所必需的基因中，有活性调节的细胞骨架相关基因(Arc)，其mRNAs和蛋白质的半衰期约为一小时。阿尔伯特·爱因斯坦医学院(Albert Einstein College of Medicine)的RNA生物学家和神经科学家Sulagna Das是这项研究的合著者，他说，研究这些分子是如何在几小时甚至几天的时间内产生变化的，这是这项研究的主要动机之一。

Das的团队通过可视化所有的步骤来解决这个问题，从出生开始跟踪mRNA，跟踪它们的去向和定位，观察它们何时被翻译成蛋白质，并确定蛋白质在突触中停留的时间。为此，该团队在培养的小鼠海马神经元和小鼠脑组织中，对Arc基因进行荧光标记，并在初始化学或光遗传刺激后，在单个脑细胞内跟踪其mRNAs和蛋白质的旅程数小时。

通过仔细观察这些分子，Das和她的同事发现，一个单一的初始刺激会导致一系列的转录周期。第一个是由刺激启动的，但随后的是由翻译的Arc蛋白本身诱导的，这表明存在一个正反馈循环。

在第二个转录周期中产生的mRNAs移动到由第一个周期的翻译蛋白填充的树突状区域，导致局部翻译和蛋白质中心的形成。Das解释说:“这就是你如何在一个位置上构建大量蛋白质的方法。”这很重要，因为这种机制为长期信息存储稳定的突触提供了特异性。

Shrestha说，虽然还有待检验，但这种机制很可能也发生在人类身上。例如，Arc在人类中表达，它与神经系统疾病有关，如阿尔茨海默病和天使综合症，这些疾病涉及运动功能障碍和严重的智力残疾。她警告说，要将这一发现转化为对这类疾病的治疗干预，还有很长的路要走，但就目前而言，这些发现提供了“对记忆巩固如何起作用以及潜在的分子基质的大量理解”。