学习的逻辑

学习需要不断地重新配置神经细胞之间的连接。现在有两项新的研究为学习过程的分子机制提供了新的见解。

学习和记忆是由于大脑中神经连接的不断重组而得以实现的。这两个过程都是基于神经细胞之间的功能界面(所谓的突触)的靶向修改，这些功能界面改变了它们的形式、分子组成和功能属性。实际上，经常被共同激活的细胞之间的连接会逐渐改变，从而对随后的信号做出更快更强烈的反应。这样，信息就可以被编码成突触活动的模式，并在需要时迅速回忆起来。反之亦然:习得的行为会因为不用而消失，因为不活跃的突触本身不太可能传递传入的冲动，导致这种连接的衰减。

如何在不同时影响附近的神经细胞或同一细胞上的其他突触的情况下改变单个突触，这是Michael Kiebler研究的核心问题。Kiebler是生物化学家，是LMU医学院细胞生物学的主席。他说:“现在很清楚，这些变化发生在受突触输入刺激的细胞——突触后细胞——特别是所谓的树突棘和被称为“神经元RNA”的粒子中颗粒“将mRNA分子传递到这些位点”。这些mrna代表了负责重组突触的蛋白质的合成蓝图。Kiebler的团队开发了一个模型，该模型假定这些颗粒从树突迁移到树突，并在反复激活的部位特异地释放它们的mrna。这将确保相关蛋白质只在细胞内需要它们的地方被合成。

尽管模型具有潜在的意义，但是分子机制实现它所需要的仍然是模糊的。包括Staufen2 (Stau2)和Barentsz在内的mrna结合蛋白是这种颗粒的重要组成部分，Kiebler的团队与Giulio Superti-Furga的团队(CeMM，维也纳)合作，现在已经使用特定的抗体来分离和描述含有Staufen2或Barentsz的神经元颗粒。

惊人的多样性

一般认为，所有神经元RNA颗粒具有本质上相似的组成。然而，新的发现表明事实并非如此。对含有Stau2-和barentsz的颗粒进行比较，发现它们大约有三分之二的蛋白质不同。“这表明RNA颗粒的组成是高度异质性和动态的，”Kiebler说。“这对我来说是有意义的，因为这意味着颗粒可以执行不同的功能取决于它们所携带的mrna。”此外，研究人员还发现，这种颗粒几乎不包含任何已知的促进mrna转化为蛋白质的因素。相反，它们包括许多抑制蛋白质合成的分子。这反过来意味着mRNA运输的过程与它们编码的随后蛋白质的生产是不耦合的。

在一项补充研究中，Kiebler的团队也描述了与颗粒相关的mRNA含量。“到目前为止，哺乳动物神经细胞中含有stau2颗粒的RNA分子还没有明确的定义，但我们现在已经能够识别出许多特定的mrna，”Kiebler解释说。进一步的实验表明，Stau2可以稳定mrna，使它们更频繁地用于蛋白质的生产。此外，研究人员还发现，这些mrna中的特殊结构，被称为“Staufen-Recognized structures”(SRS)，对于Stau2对它们的识别和稳定至关重要。“这让我们首次提出了RNA识别的分子机制，”Kiebler说。

综合来看，这两篇新论文为学习和记忆背后的分子机制提供了新的见解。科学家们现在想在未来的研究中详细分析这些细节。“从长远来看，我们特别感兴趣的问题是，激活的突触如何改变颗粒的状态，并诱导产生蛋白质”Kiebler笔记。越来越清楚的是，rna结合蛋白在神经细胞。他们的行为中断会导致神经退行性疾病和神经功能障碍。很明显，不仅像阿尔茨海默氏症或帕金森氏症这样的经典病症中rna结合蛋白总是参与其中，而且认知缺陷或与年龄相关的学习能力损害也必须在这种背景下看待，”Kiebler总结道。

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