大脑如何在其细胞内捕获遗传密码生长和创造记忆

Kinesin-2沿着神经元自组装高速公路传输mRNA蛋白复合物的图形表示。传输复合体读取的MNRA定位信号用大写GS表示。

这是第一次科学家揭示了大脑如何在其细胞内捕获遗传密码。

今天（3月13日）在科学上发表的研究进展在分子机械上揭示了能够形成神经元的形状，生长和运动的新光。这是科学家们首次透露了大脑在其细胞内遗传遗传密码如何，这一过程对于形成和储存长期记忆至关重要。

脑细胞，也称为神经元，是具有长分支的复杂的专用细胞。为了生长，神经元在分支的特定位置构建蛋白质，以便它们可以形成新的突起，控制它们进入的方向并与其他神经元建立连接。这种过程在脑发展中尤为重要，帮助不同类型的神经元在更广泛的脑组织中找到它们的位置。以mRNA的形式围绕细胞的分支围绕细胞分支围绕细胞的分支连续地传播遗传蓝图，这是从DNA复制的遗传信息。

在该夹子中，一到四个黄色荧光标记的mRNA的包装，其具有完整的定位信号行进，在将微腔室中组装在显微镜上的微室中。蓝色MRNA具有突变的定位信号，该信号不被运输机械识别。

神经元是如何在合适的时间内将正确的遗传蓝图得到正确的遗传蓝图是一个未答复的问题。有人认为它们是由kinesins运输的，细长的蛋白质有两英尺的蛋白，它在另一个脚上走到另一个脚到目标目的地，但没有直接证据证明这一点。每个活细胞都有一个自组装高速公路网络，将大分子材料从一侧运输到另一侧。不同的车辆繁忙地移动了数千个不同的货物，Kinesins是最常见的类型。

现在，巴塞罗那基因组调控中心的科学家发现，在巴塞罗那的科学家已经发现，一种称为KIF3A / B的Kinesin可以使用另一种称为腺瘤性息肉组织Coli（APC）的蛋白质作为结合Kinesin和mRNA的适配器来运输mRNA。货物。该蛋白质传输至少两种类型的mRNA，所述微管蛋白和肌动蛋白的代码，两种类型的蛋白质用于构建其细胞骨架。这对于塑造细胞至关重要，以便它可以与其他神经元形成新的连接。

结果非常感兴趣，因为MRNA在存储和形成存储器中发挥着关键作用。以前的研究表明，MRNA编码蛋白质β-肌动蛋白的连续行进突触，两个神经元之间的连接。当突触反复接收信号时，MRNA用于制备β-肌动蛋白蛋白，这对于加强突触并加强两个神经元之间的附着是重要的。反复刺激突触不断加强交界处，被认为是记忆的形式。

MRNA跨越相对宽阔的距离。在这里，他们在40微米的微管道路网络上进行了路。典型的神经元是这一长度的十倍。运输的RNA的自动跟踪（下面的面板）揭示了在同一包装中运输的运输速度和MRNA的数量。

“西班牙神经科学家Santiago Ramon Y Cajal首先提出了我们的大脑通过加强神经元突触，改变形状，使脑细胞更加有效地掌握脑细胞并更有效地进行信号，”基因组调控中心的研究人员说该研究的作者。“多个世纪之后，我们正在描述一个可能的理论的一个基本机制，展示了他的时间提前。”

研究人员使用试管中的纯组分综合重现蜂窝自组装高速公路，揭示了近在构建块的功能以及它们如何一起运输MRNA。怀疑纯化的蛋白质对于神经元mRNA转运是重要的，用不同的荧光染料标记，并用高度敏感的显微镜研究，可以检测单个分子的快速移动。

研究人员发现MRNA及其适配器APC开关在Kinesin的点火上，激活蛋白质。发现运输的MRNA具有特殊的定位信号，该信号控制不同MRNA装载到Kinesin上的效率。对于这种信号的轻微改变影响了MRNA到其目标目的地的旅程，显示了复杂的机制脑细胞发展以控制数千种不同信息的物流。当不携带货物时，Kinesins转移到节能模式，以节省燃料，直到下一份工作。

“找到运输mRNA所需的确切车辆就像在干草堆上寻找针，这就是为什么大多数人认为这是不可能的，”塞巴斯蒂安·莫尔说。“但我们这样做了，如果没有CRG或西班牙政府对危险项目的公共资金，这将是不可能的。”

“我们将继续调查构成神经元复杂物流网络的运输系统。了解脑细胞发展的分子机制将是打击痴呆症和神经源性疾病等全球挑战的关键。“

参考：“由Sebastian Baumann，Artem Komissarov，Maria Gili，Verena Ruprecht，Stefan Wieser和Sebastian P. Maurer，Maria P. Maurer，科学推进，选择性地运送轴突MRNA的定义包裹的轴颈MRNAS的轴突MRNAS的定义包裹.2020：
10.1126 / sciadv.aaz1588.