Neuron封面故事：为何大脑反应如此快？神经元：我有特别的转录技巧
2016-12-23 生物探索 生物探索
学习、记忆等过程依赖于神经元结构和功能的可塑性。大脑中的神经元如何在非常短的时间内对刺激作出相应并调整其功能呢？
导读 学习、记忆等过程依赖于神经元结构和功能的可塑性。大脑中的神经元如何在非常短的时间内对刺激作出相应并调整其功能呢？近日，来自巴塞尔大学的一研究表明，大脑神经元可以储存RNA分子，以便对刺激做出快速反应。这种存储显著加速了蛋白质的生产。这或许可以解释为何大脑神经元可以在学习过程中快速适应。
我们的大脑不仅是人体最复杂的器官，同时也是最灵活的。学习、记忆等过程依赖于神经元结构和功能的可塑性。那么，大脑中的神经元如何在非常短的时间内对刺激作出相应并调整其功能呢？
近日，来自巴塞尔大学的一研究表明，大脑神经元可以储存RNA分子，以便对刺激做出快速反应。这种存储显著加速了蛋白质的生产。这或许可以解释为何大脑神经元可以在学习过程中快速适应。该研究发表于12月21日的Neuron期刊上。
1分钟看完研究重点
1. PolyA+转录物（未成熟的RNA）可以稳定地保留某些内含子并被限制在细胞核中。
2.这些保留内含子的RNA在神经元活化时被快速剪接。
3.剪接的转录物被输出到细胞质中并加载到核糖体上。
4.激活诱导的内含子切除过程需要NMDAR和CaMK通路。
Peter Scheiffele教授的研究小组发现，神经元在细胞核中储存RNA分子。这些RNA分子是翻译新的蛋白质的模板。在神经元被刺激后，存储的RNA分子被动员以调节神经元的功能。 RNA合成，即DNA转录的过程非常缓慢，特别是对于大基因。因此，这种新发现的动员存储的RNA的机制节省了时间，并为大脑在学习过程中的快速适应提供了新见解。
模式图
RNA保留部分内含子储存在细胞核中
我们知道，DNA转录而成RNA是翻译合成蛋白质的模板，转录过程尤其复杂。DNA在转录为RNA后，不仅需要经过一系列修饰，还要切除内含子，才能形成用于生产特定蛋白质的最终模板。这个过程称为RNA剪接。
到目前为止，人们普遍认为神经元在受到刺激会触发新的RNA分子的合成完整过程。然而，Peter Scheiffele的团队发现大脑中的神经元会预先生产出某些仅部分剪接的未成熟的RNA拷贝。这些RNA分子仍然含有一些内含子，并存储在细胞核中。由神经元刺激诱导的下游信号触发未成熟RNA分子完成剪接。第一作者Oriane Mauger解释说：“DNA的转录过程，已经由神经元提前完成，因此，成熟的RNA分子可以在几分钟内生成。
本期Neuron封面
储存RNA可大大节省时间
对于大基因，初始的RNA的产生就需要几十个小时。 “事实上，可利用的RNA分子能够以不成熟的形式保存，后续只需要完成修饰过程，这将整个过程缩短到几分钟”，Mauger说， “由于转录是非常耗时的，RNA的储存意味着时间将大大节省，这使神经元能够快速适应其功能。
“这项研究揭示了一种全新的大脑调节机制，”Scheiffele说， “这些结果使我们进一步解释神经元如何诱导快速可塑化过程。
原始出处：
[1] Oriane Mauger,et al. Targeted Intron Retention and Excision for Rapid Gene Regulation in Response to Neuronal Activity. Neuron.21 December 2016.
[2] Store and supply: How the brain saves time.Medical press.December 21, 2016.
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文章好好
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