【达内尔】科学家发现参与学习和记忆的新机制

FMRP蛋白在海马记忆神经元的细胞体(黄色)和树突(红色)中有不同的功能。

当我们记住密码或学习大提琴时，神经元内部会发生什么？我们对学习和记忆的一些基本理解来自对认知发展被破坏的条件的研究。例如，FMRP 是一种蛋白质，其缺失会导致脆性 X 综合征、智力障碍和某些形式的自闭症，已被证明在这些大脑功能中发挥关键作用，有助于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已知的更为复杂。洛克菲勒科学家观察小鼠大脑海马区的记忆神经元，发现 FMRP 有两个不同的工作。在神经元的延伸或树突内部，它调节加强与其他神经元连接所需的蛋白质。然而，在细胞体内，FMRP 调节神经元中基因表达的整体状态。

“通过对脑组织进行显微解剖，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，”领导这项研究的洛克菲勒大学罗伯特和哈里特海尔布伦教授兼 HHMI 研究员罗伯特 B. 达内尔说。

发表在eLife杂志上的研究结果可能为学习和记忆、智力功能障碍和自闭症的潜在机制提供新线索。

主调节器

每一个记忆的形成，或者另一个记忆的消退，都需要改变神经元之间突触的强度。当传入的通信以电信号的形式到达它时，神经元可以改变突触强度，例如通过创建新的受体或去除旧的受体，这是一种升级，需要它快速产生大量新蛋白质。

这种蛋白质的产生发生在细胞的树突上，树突中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900多种 RNA 直接受 FMRP 结合和调节。为了更好地了解蛋白质在学习和记忆中的作用，达内尔和他的同事使用分子遗传学标记了单个小鼠神经元，然后手工解剖突触和细胞体以将它们分开。接下来，他们使用了实验室开发的CLIP技术，将蛋白质-RNA 复合物冷冻并分析其组成。

树突部分含有与RNA结合的FMRP，其蛋白质产物可以改变突触反应。

同时，在同一神经元的细胞体内，蛋白质与一组不同的 RNA 结合，这些 RNA 编码染色质修饰剂，这些蛋白质通过进入细胞核和向 DNA 添加化学标签来调节基因表达。

研究结果表明 FMRP 有助于在细胞核和树突之间建立反馈回路，达内尔认为这种机制可能会在细胞的指挥中心与其数千个遥远的延伸之间提供串扰，从而保持突触反应处于控制之下。

“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，这种现象出现在脆性 X 综合征中，”他说。“这个系统是为了包含自己而构建的。”