意想不到的机制允许一个蛋白激酶解码钙信号在大脑中

马克斯·普朗克佛罗里达理工学院的研究人员的一项最新研究神经科学(MPFI)揭示意想不到的机制,允许钙/ calmodulin-dependent蛋白激酶,或CaMKII解码和翻译钙信号在大脑中。使用先进的成像技术和新颖的生物传感器,Ryohei Yasuda,博士和他的团队已经发现的新见解CaMKII的单个突触活动的水平。

世界联系日益紧密的今天,笔译员和口译员发挥关键作用的思想和信息的交换。他们服务的重要目的准确传达意义从一种语言到另一个。如今,几乎每一个现代工业有一个至关重要的需要翻译。但是你知道你的大脑也需要他们吗?

脑细胞积极传递信息和互相交流在不同的“语言”。Neurons communicate using neurotransmitters, molecules and电信号。为了正确理解彼此,大脑细胞需要精通翻译的技巧。精通大脑的独特语言,专门蛋白质精确解读传入信息和准确地从一个神经元传递到下一个。

大脑中一个重要的翻译钙/ calmodulin-dependent蛋白激酶、CaMKII中扮演着一个关键的角色在学习和记忆的过程。学习新技能或形式的记忆时,动态变化发生在神经元之间的沟通网站称为突触。突触是反复激活,钙信号启动一个复杂的级联,导致持久的力量改变神经元的连接。这一过程,称为突触可塑性,被认为是学习与记忆的基础。发挥重要作用在可塑性,CaMKII解释钙信号并将它们转换为持久的变化,帮助记忆编码。但这个过程背后的确切机制仍然难以捉摸。

最近发表在自然通讯实验室的一项新研究,Ryohei Yasuda博士科学主任MPFI阐明了意想不到的机制,允许CaMKII解码和翻译钙信号在大脑中。使用先进的成像技术和新颖的生物传感器,Yasuda和他的团队已经发现的新见解CaMKII的活动单突触水平。

为了研究CaMKII在突触可塑性的作用,团队开发新颖的传感器能够理清蛋白质的两种不同形式的活动。第一个传感器,CaMKIIα-CaM、报告CaMKII活动依赖于其与钙调蛋白(CaM),一种蛋白质,这种蛋白质介导的绑定CaMKII钙。第二个传感器,Camuiα、报告CaMKII总激活,包括CaM-dependent和CaM-independent自治活动时产生CaMKII经历自身磷酸化。

采用双光子显微镜和谷氨酸释放模拟单突触可塑性,团队使用他们的新设计的传感器来研究不同形式的CaMKII神经元活动。以前,人们认为CaMKII解码钙信号主要通过其凸轮相关的活动,但MPFI科学家已经发现,这可能并非如此。使用CaMKIIα-CaM传感器,他们注意到一个快速但小凸轮相关活动,增加很快趋于稳定时钙脉冲诱发的突触。随着钙脉冲持续,没有进一步增加CaMKIIα-CaM神经元内的活动。相比之下,Camuiα传感器更健壮的活动和步进式激活;增加钙的数量脉冲直接与CaMKII活动增加。

有趣的是,这些结果表明,在突触水平上,CaMKII的活动主要是由其自主活动和一个小得多的程度上与凸轮的交互。此外,这些发现表明,CaMKII的自主活动负责回应和解释语言的钙信号在突触可塑性的过程。

“CaMKII的过程中一个至关重要的球员突触可塑性,但由于其复杂的激活配置文件,其活动的工作模型已难以实现。“与新见解聚集Yasuda指出,“从我们新颖的传感器,我们现在能够提出一个模型与实验数据相一致;扩大我们的理解分子如何有助于记忆。”

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