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科學(xué)家發(fā)現(xiàn)“線粒體炫”調(diào)控神經(jīng)元突觸水平的長時程記憶

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科學(xué)家發(fā)現(xiàn)“線粒體炫”調(diào)控神經(jīng)元突觸水平的長時程記憶

摘要: 　　為什么有的記憶能銘刻畢生而有的只能存在幾分鐘？短期的記憶如何轉(zhuǎn)變?yōu)殚L期的記憶？近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院畢國強課題組與北京大學(xué)分子醫(yī)學(xué)學(xué)習(xí)所程和平課題組合作，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元樹突“線粒體炫信號” ...

　　為什么有的記憶能銘刻畢生而有的只能存在幾分鐘？短期的記憶如何轉(zhuǎn)變?yōu)殚L期的記憶？近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院畢國強課題組與北京大學(xué)分子醫(yī)學(xué)學(xué)習(xí)所程和平課題組合作，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元樹突“線粒體炫信號”在神經(jīng)突觸傳遞短時程記憶向長時程記憶的轉(zhuǎn)化中可能發(fā)揮著關(guān)鍵作用，相關(guān)成果于6月26日在自然-通訊（Nature Communications）在線發(fā)表。
　　線粒體炫是程和平課題組于2008年首次報道的單個線粒體的量子化信號，它含有線粒體活性氧激增、基質(zhì)瞬時堿化、膜電位瞬時下降等多重變化，時程為數(shù)十秒，是新形式的線粒體基本功能事件。線粒體炫廣泛存在于多個物種及多種細(xì)胞，只要有功能性線粒體就存在線粒體炫信號。線粒體炫的發(fā)生，既是一個耗能的過程，又存在對細(xì)胞產(chǎn)生氧化應(yīng)激損傷的風(fēng)險。多年來，程和平-王顯花課題組一直在苦苦探尋線粒體炫為什么普遍存在的生物學(xué)解釋。
　　突觸可塑性是研究記憶的神經(jīng)基礎(chǔ)。在不同類型的神經(jīng)活動的調(diào)控下，短時程的突觸可塑性只能持續(xù)幾秒到幾分鐘，而長時程的突觸可塑性可維持?jǐn)?shù)十分鐘到數(shù)小時甚至更長。聯(lián)合課題組猜想，線粒體炫可能參與突觸可塑性的某種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程。為此，學(xué)習(xí)者選取研究記憶的經(jīng)典細(xì)胞模型——大鼠的海馬神經(jīng)元為學(xué)習(xí)對象，發(fā)展了長時程線粒體炫連續(xù)成像以及雙光子飛秒脈沖激活線粒體炫等新技術(shù)。他們驚喜發(fā)現(xiàn)，化學(xué)及電刺激方法誘發(fā)突觸的長時程增強總是伴有突觸附近一個或多個線粒體炫信號；人為激活線粒體炫信號，則能夠穩(wěn)定其附近的突觸增大，從而產(chǎn)生從短時程增強向長時程增強的轉(zhuǎn)化；有意思的是線粒體炫對突觸可塑性的有效調(diào)控有著確定的時間窗口（刺激后30分鐘內(nèi)有效）和空間范圍（2微米以內(nèi)有效），顯示了線粒體炫調(diào)控突觸可塑性機制的特異性與精確性。進(jìn)一步學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)，線粒體炫的發(fā)生依賴于神經(jīng)活動鈣信號及鈣依賴性激酶，其所釋放的活性氧信號可能是促進(jìn)突觸長時程增強的信號分子。
　　該工作首次報道了在突觸可塑性過程中，線粒體炫作為數(shù)字化的生物信號在線粒體接收、整合、傳遞信號中的重要作用，其科學(xué)價值在于首次揭示樹突線粒體和突觸之間的雙向信號傳導(dǎo)機制。同時，為理解線粒體炫的生物學(xué)意義提供了一個范例，即部分、瞬時的活性氧爆發(fā)為“燒制”突觸水平的長時程記憶，提供了一種可能的分子與亞細(xì)胞機制。
　　該文共同第一作者為合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實驗室博士生付忠孝和中國科大生命科學(xué)學(xué)院博士生談笑，通訊作者為北京大學(xué)副學(xué)習(xí)員王顯花、教授程和平和中國科大教授畢國強。該項目得到中科院先導(dǎo)專項、“973”計劃以及國家自然科學(xué)基金的支持。



　　炫：研究記憶新機制——線粒體炫促進(jìn)神經(jīng)元突觸長時程增大科學(xué)家發(fā)現(xiàn)“線粒體炫”調(diào)控神經(jīng)元突觸水平的長時程記憶  |  責(zé)任編輯：蟲子
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