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可修改记忆的“神奇”蛋白

2016.6.08

  最近,美国南加州大学(USC)的科学家们,开发出一种新工具——GFE3蛋白,能够以定向的方式修改大脑活动和记忆,而无需任何药物或化学物质的帮助。相关研究结果发表在6月6日的《Nature Methods》杂志。

  本文通讯作者、USC Dornsife文理学院生物学教授Don B. Arnold指出,GFE3蛋白可能帮助研究人员定位大脑中的神经联系,并更好地了解抑制性突触是如何调节大脑功能的。Arnold表示,这个蛋白还可能让研究人员能够控制神经活动,并对从精神分裂症到可卡因成瘾这些疾病的研究,起到推动作用。

  这个蛋白质在特定细胞中携带突触蛋白的“死刑判决”。 这个蛋白质可被编码在动物基因组中,以有效地切断它们的抑制性突触——神经元之间的连接,从而增加它们的电活动。Arnold说:“GFE3利用大脑内的蛋白质的一个少为人知、但很非凡的性质。”

  这个蛋白质利用一个内在过程——大脑降解和更换蛋白质的循环周期。大部分的大脑蛋白质只持续几天的时间,就被降解和被新的蛋白质替换。GFE3可靶定那些将抑制性突触整合到这一降解系统的蛋白质,因此,突触就分崩离析。

  Arnold说:“我们不是集中在决定一个蛋白质何时需要降解的细胞,而是靶定了这个过程。”在这项研究中,科学家在小鼠和斑马鱼中研究了该蛋白的影响。研究人员发现,GFE3蛋白可引起脊椎两边的神经元发挥相反的作用,从而产生不协调的动作。

  以前,有些药物可以用来抑制大脑中的抑制性突触,例如benzodiazapines,可治疗焦虑、失眠或癫痫发作。但是这些药物可抑制一个特定区域内的所有细胞,而不仅仅是预定目标的神经元。

  Arnold说:“不幸的是,细胞各有不同,甚至相反的功能在大脑中往往是彼此相邻的。因此,药理学实验尤其难以解释。通过编码基因组中的GFE3,我们可以靶定和调整特定细胞的抑制性突触,而不影响其他有不同功能的细胞。”

  之前也有不少研究机构试图修改记忆,但大多数使用的是近年来的新宠技术——光遗传学。例如,2014年10月,加州大学戴维斯分校神经科学中心和心理学系的研究人员,利用光消除了小鼠脑中的特定记忆,并证明了一个关于“大脑不同部分如何共同工作来检索情景记忆”的基本理论。相关研究结果发表在《Neuron》杂志。相关阅读:Neuron:用光操纵记忆?。

  今年2月份,英国牛津大学的一组研究人员,首次在哺乳动物中引起了联想记忆的外部解码。研究人员在《Nature Neuroscience》杂志上发表的研究中,描述了他们是如何在测试小鼠中引起联想记忆形成,以及他们用来记录它的技术,使记忆被删除。 相关阅读:用光遗传学修改小鼠的记忆。

  也有科学家发现了大脑记忆事件的“方程式”, 瑞士洛桑联邦理工学院科学家沃尔夫拉姆-格斯特纳(Wolfram Gerstner)带领一支研究小组通过模拟实验表明,记忆形成和恢复遵循于一个“组织严密的方程式”。科学家能够设计一个复杂算法,精确表达复杂的记忆信息。同时,记忆方程式还是一个“开发工具”,能够触发大脑记忆,或者完全消除之前的记忆。相关阅读:科学家将能够为大脑抹去或植入记忆。

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