北京大學(xué)分子醫(yī)學(xué)研究所程和平課題組發(fā)現(xiàn)“線粒體炫”調(diào)控神經(jīng)元突觸水平的長(zhǎng)時(shí)程記憶閱讀次數(shù)：
為什么有的記憶能銘刻一生而有的只能存在幾分鐘？短期的記憶如何轉(zhuǎn)變?yōu)殚L(zhǎng)期的記憶？近日，北京大學(xué)分子醫(yī)學(xué)研究所程和平課題組與中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院畢國(guó)強(qiáng)課題組合作,發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元樹(shù)突“線粒體炫信號(hào)”在神經(jīng)突觸傳遞短時(shí)程記憶向長(zhǎng)時(shí)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2017年6月26日在nature communications在線發(fā)表。
線粒體炫是程和平課題組于2008年首次報(bào)道的單個(gè)線粒體的量子化信號(hào)，它含有線粒體活性氧激增、基質(zhì)瞬時(shí)堿化、膜電位瞬時(shí)下降等多重變化，時(shí)程為數(shù)十秒，是新形式的線粒體基本功能事件。線粒體炫廣泛存在多個(gè)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(hào)。線粒體炫的發(fā)生，既是一個(gè)耗能的過(guò)程，又存在對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生氧化應(yīng)激損傷的風(fēng)險(xiǎn)。多年來(lái)，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。
突觸可塑性是學(xué)習(xí)記憶的神經(jīng)基礎(chǔ)。在不同類型的神經(jīng)活動(dòng)的調(diào)控下，短時(shí)程的突觸可塑性只能持續(xù)幾秒到幾分鐘，而長(zhǎng)時(shí)程的突觸可塑性可維持?jǐn)?shù)十分鐘到數(shù)小時(shí)甚至更長(zhǎng)。聯(lián)合課題組猜測(cè)，線粒體炫可能參與突觸可塑性的某種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程。為此，研究者選取學(xué)習(xí)記憶的經(jīng)典細(xì)胞模型——大鼠的海馬神經(jīng)元——為研究對(duì)象，發(fā)展了長(zhǎng)時(shí)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(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)總是伴有突觸附近一個(gè)或多個(gè)線粒體炫信號(hào)；人為激活線粒體炫信號(hào)，則能夠穩(wěn)定其附近的突觸增大，從而產(chǎn)生從短時(shí)程增強(qiáng)向長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)的轉(zhuǎn)化；有意思的是線粒體炫對(duì)突觸可塑性的有效調(diào)控有著確定的時(shí)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(jī)制的特異性與精確性。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，線粒體炫的發(fā)生依賴于神經(jīng)活動(dòng)鈣信號(hào)及鈣依賴性激酶，其所釋放的活性氧信號(hào)可能是促進(jìn)突觸長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)的信號(hào)分子。
該工作首次報(bào)道了在突觸可塑性過(guò)程中，線粒體炫作為數(shù)字化的生物信號(hào)在線粒體接收、整合、傳遞信號(hào)中的重要作用，其科學(xué)價(jià)值在于首次揭示樹(shù)突線粒體和突觸之間的雙向信號(hào)傳導(dǎo)機(jī)制。同時(shí)，為理解線粒體炫的生物學(xué)意義提供了一個(gè)范例,即局部、瞬時(shí)的活性氧爆發(fā)為“燒制”突觸水平的長(zhǎng)時(shí)程記憶，提供了一種可能的分子與亞細(xì)胞機(jī)制。
本文共同第一作者為付忠孝博士和談笑博士，通訊作者為王顯花副研究員（北京大學(xué)）、程和平教授（北京大學(xué)）和畢國(guó)強(qiáng)教授（中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)）。該項(xiàng)目得到中科院先導(dǎo)專項(xiàng)、973計(jì)劃以及國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。
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《炫》
線粒體炫促進(jìn)神經(jīng)元突觸長(zhǎng)時(shí)程增大
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