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童年记忆长期留存的神经生物学机制

时间:2024-07-04 06:11来源:未知 作者:泉水 点击: 50次

无论是第一次参观动物园还是第一次学骑自行车,童年的记忆一直留存到成年。但如何解释这些记忆为何能留存一生呢?

 

由一组国际研究人员在《科学进展》杂志上进行的一项研究揭示了长期记忆的生物学解释。该研究的核心是发现一种名为 KIBRA 的分子的作用,这种分子充当其他分子的“胶水”,从而巩固记忆的形成。

“之前对分子如何存储长期记忆的研究主要集中在单个分子的个体行为上,”纽约大学神经科学教授、这项研究的主要研究人员之一安德烈·芬顿 (André Fenton) 解释道。“我们的研究表明,它们如何协同工作以确保永久的记忆存储。”

纽约州立大学下州健康科学大学教授、该研究的首席研究员之一托德·萨克特补充道:“更深入地了解我们如何保存记忆将有助于指导我们在未来阐明和解决与记忆相关的疾病。”

人们早已确定,神经元以强突触和弱突触的模式存储记忆中的信息,这决定了神经网络的连接和功能。然而,突触中的分子是不稳定的,它们在神经元中不断移动,并在几小时到几天内磨损和更换,从而提出了一个问题:那么,记忆如何才能在几年甚至几十年内保持稳定呢?

 

在一项使用实验室小鼠的研究中,科学家重点研究了 KIBRA(肾脏和大脑表达蛋白)的作用,这种蛋白的人类遗传变异与记忆力好坏有关。他们重点研究了 KIBRA 与其他对记忆形成至关重要的分子(在本例中是蛋白激酶 Mzeta (PKMzeta))的相互作用。这种酶是已知的强化正常哺乳动物突触的最关键分子,但它会在几天后降解。

他们的实验表明,KIBRA 是长期记忆中“缺失的一环” ,它充当着“持久突触标签”或胶水的作用,可以粘附在强突触和 PKMzeta 上,同时避开弱突触。

“在记忆形成过程中,参与形成的突触被激活——而 KIBRA 被选择性地定位在这些突触中,”纽约州立大学唐斯泰分校生理学、药理学、麻醉学和神经学教授萨克特解释说。“PKMzeta 随后附着在 KIBRA 突触标签上,使这些突触保持强健。这使得突触能够粘附在新制造的 KIBRA 上,从而吸引更多新制造的 PKMzeta。”

更具体地说,他们在《科学进展》论文中的实验表明,破坏 KIBRA-PKMzeta 键会抹去旧记忆。

之前的研究表明,随机增加大脑中的 PKMzeta 可以增强微弱或褪色的记忆,这很神秘,因为它应该通过作用于随机位置来产生相反的效果,但 KIBRA 的持续突触标记解释了为什么额外的 PKMzeta 能够增强记忆,因为它只在 KIBRA 标记的位点起作用。

“持续性突触标记机制首次解释了这些与神经和精神记忆障碍有临床相关性的结果,”芬顿说道,他也是纽约大学朗格尼医学中心神经科学研究所的教员。

论文作者指出,这项研究证实了弗朗西斯·克里克于 1984 年提出的一个概念。萨克特和芬顿指出,他提出的假设解释了大脑在细胞和分子不断变化的情况下在记忆存储中的作用,即忒修斯之船机制——借用了希腊神话中的一个哲学论点,即新木板取代旧木板,以维持忒修斯之船多年。

萨克特说:“我们发现的持久突触标记机制类似于新木板替换旧木板,以维持忒修斯之船几代人的生活,并使记忆能够持续数年,即使维持记忆的蛋白质被替换。”

“弗朗西斯·克里克凭直觉发现了这种忒修斯之船机制,甚至预测了蛋白激酶的作用。但花了 40 年的时间才发现其成分是 KIBRA 和 PKMzeta,并找出它们相互作用的机制。”

该研究还包括来自加拿大麦吉尔大学、德国明斯特大学医院和休斯顿德克萨斯大学医学院的研究人员。

(责任编辑:泉水)
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