揭示神經(jīng)元記憶存儲的隱藏細胞物流

密歇根大學 (UM) 的一個細胞生物學家團隊探索了睡眠依賴性記憶存儲所涉及的機制，發(fā)現(xiàn)與海馬神經(jīng)元中未被研究的細胞區(qū)室相關(guān)的 RNA 在學習后睡眠和睡眠剝奪的小鼠之間差異很大。

分子、細胞和發(fā)育生物學系副教授 Sara Aton 和最近的 UM 神經(jīng)科學研究生 James Delorme 假設(shè)學習事件和隨后的睡眠(或睡眠不足)都會影響 mRNA 的翻譯。大多數(shù)關(guān)于睡眠對 mRNA 影響的先前工作都集中在神經(jīng)元胞質(zhì)溶膠中的轉(zhuǎn)錄物上。然而，博士。Aton 和 Delorme 發(fā)現(xiàn)，在學習之后，RNA 的主要變化反而出現(xiàn)——幾乎完全——出現(xiàn)在與神經(jīng)元細胞膜相關(guān)的核糖體上。這些結(jié)果已于2021 年 11 月 30 日發(fā)表在美國國家科學院院刊上。*

該團隊首先應(yīng)用了一種常用的生化方法，將海馬組織均質(zhì)化和離心分離，將細胞質(zhì)(細胞質(zhì)的水性成分，較小的細胞器和顆粒懸浮在其中)與通常被認為是“碎片”的其他細胞成分分離(內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、細胞膜等)。在這項研究中，作者發(fā)現(xiàn)與細胞質(zhì)中核糖體相關(guān)的 RNA 因動物是否睡覺而異，這證實了先前的轉(zhuǎn)錄組學研究。然而，根據(jù)先前的學習，胞質(zhì)核糖體幾乎沒有顯示出 RNA 變化。

“如果我們只是停在那里，我們就不會發(fā)現(xiàn)任何新穎或有見地的東西。我們強烈認為我們必須重新考慮我們的方法，”Aton 解釋說。眾所周知，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)覆蓋著核糖體，核糖體是將 RNA 轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)的機制，Delorme 和 Aton 決定對細胞其他部分的 RNA 進行測序，即細胞質(zhì)外的“碎片”。正是在研究較少的含膜細胞部分中，他們發(fā)現(xiàn)許多轉(zhuǎn)錄本受到先前學習的影響。無論動物在學習后是否被允許睡覺——允許存儲新的記憶——或者它們是否被剝奪睡眠，這些修改后的轉(zhuǎn)錄本也存在顯著差異。這些意想不到的結(jié)果為更多調(diào)查打開了大門。

Aton 說：“通過觀察細胞的其他區(qū)域，我們現(xiàn)在有能力產(chǎn)生許多關(guān)于當記憶得到鞏固以及鞏固因睡眠剝奪而中斷時在分子水平上會發(fā)生什么的新假設(shè)。”

例如，在學習后睡覺的動物中，Aton 和 Delorme 觀察到在海馬神經(jīng)元膜部分中編碼蛋白質(zhì)合成機制成分的轉(zhuǎn)錄本豐度增加。一種假設(shè)是測試學習后睡眠后膜相關(guān)核糖體的蛋白質(zhì)產(chǎn)量是否確實增加。

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