無法將基于視覺和聲音的信號傳遞給記錄記憶的基因，破壞的穿梭蛋白可能會阻礙智障，精神分裂癥和自閉癥患者的學習。

這是紐約大學醫(yī)學院研究人員領導的一項研究的意義，并于6月22日在線發(fā)表在Nature Communications上。

具體來說，研究小組發(fā)現(xiàn)，基因工程缺乏γ-CaMKII穿梭蛋白基因的小鼠所需的時間是正常小鼠的兩倍，形成完成一項簡單任務所需的記憶。

“我們的研究首次表明，γ-CaMKII在活體動物的學習和記憶中起著至關重要的作用，”神經科學和生理學系主任，紐約大學朗格健康研究所神經科學研究所所長Richard Tsien博士說。

“我們的結果更加重要，我們發(fā)現(xiàn)，在嚴重智力殘疾的人類兒童身上看到的梭子結構發(fā)生同樣的變化，也剝奪了老鼠學習的能力，”Tsien博士說，他也是Druckenmiller神經科學教授。 。他說這個結果表明穿梭機在兩個物種中的作用相似。

然后研究小組通過將人類版本的穿梭蛋白重新插入小鼠中來恢復學習能力。

目前的研究圍繞著協(xié)調思想和記憶的神經細胞。神經通路中的每個細胞都會向其分支發(fā)送一個電脈沖，直到它到達一個突觸，即它自身與下一個細胞之間的間隙。形成記憶的信號從視覺和聲音觸發(fā)反應的突觸開始，并在神經細胞核中打開基因以在其連接中產生永久的物理變化時結束。

研究作者表示，當感覺信息觸發(fā)突觸附近的已知機制時，鈣會釋放到神經細胞中，直至其觸發(fā)由鈣調蛋白或CaM等蛋白質合作微調的鏈反應。當鈣和CaM連接起來并進入神經細胞核，即基因運作的區(qū)域時，它們會引發(fā)已知激活蛋白CREB的反應，這會激活先前與記憶形成相關的基因的作用。

缺少鏈接

進入這項研究，該領域的一個“缺失的環(huán)節(jié)”是了解突觸如何與記憶形成的神經細胞核“交談”。在目前的研究中，研究人員首次確定，當γ-CaMKII將形成神經細胞內部的鈣/鈣調蛋白復合物傳遞至其細胞核時，就會發(fā)生這種傳播。

將沒有γ-CaMKII的小鼠的空間記憶與正常小鼠進行比較，研究作者發(fā)現(xiàn)，γ-CaMKII“敲除”小鼠更難以找到隱藏在迷宮中暗水表面下的平臺。在此練習中，正常小鼠可以快速識別平臺的位置。

研究小組還發(fā)現(xiàn)，在迷宮訓練后一小時，正常小鼠表現(xiàn)出三種基因--BDNF，c-Fos和Arc - 的表達顯著增加 - 從過去的研究中已知，以幫助形成基于的長期，空間記憶經驗。相反，在工程化為缺乏γ-CaMKII的小鼠中，訓練誘導的這些基因表達的增加不會發(fā)生。

除了從一些小鼠中去除編碼γ-CaMKII蛋白的整個基因外，另一組小鼠被設計成具有一種版本的蛋白質，其在2012年對一名患有嚴重智力殘疾的男孩的研究中發(fā)現(xiàn)了一個小變化。在男孩的神經細胞中，γ-CaMKII(通常為精氨酸)的氨基酸主鏈中位置292處的蛋白質構建塊被脯氨酸殘基(R292P)代替。這種變化使得這種蛋白質能夠捕獲鈣 - 鈣調蛋白復合物的能力減少了一千倍，因此它通常在沒有貨物的情況下進入神經細胞核。

該團隊的后續(xù)步驟包括確定gamma-CaMKII如何適用于Tsien博士及其同事在2016年Neuron雜志上發(fā)表的神經細胞電路的更大“反饋機器” 。

“這種學習機器由一組關鍵基因控制，可以感知神經信號水平，并將感官輸入形成記憶，”Tsien說。實驗計劃揭示有關機器如何“應對小瑕疵的更多細節(jié)，包括那些伽瑪-CaMKII穿梭機，但在一個或多個部件中出現(xiàn)太多問題時失敗”。