在完成这篇文章不到二十分钟内，你的大脑将开始通过协调的神经元活动波来存储你刚刚阅读的信息。这个过程被称为树突翻译，涉及到树突中蛋白质生产的增加，树突是从神经元细胞体延伸出来的分支，它们在突触处接收来自其他神经元的信号。这个过程对记忆至关重要，而其故障与智力障碍相关，如脆性X综合症。
这使得树突翻译的内部机制成为“理解记忆形成的圣杯”，洛克菲勒大学的罗伯特·B·达内尔说，他的团队刚在《自然神经科学》上发表了一项研究，描述了一个能够识别驱动树突翻译的特定调控机制的新平台。该团队利用一种名为TurboID的方法，发现了一整套在记忆形成中之前未知的因素，揭示了蛋白质合成在树突中如何促进学习和记忆的机制。这些发现可能对智力也有影响。“技术的局限性历来阻碍了我们彻底追踪参与记忆形成的突触活动的能力，” 该研究的首席作者艾兹吉·哈吉苏莱曼解释道。哈吉苏莱曼在达内尔实验室作为博士后研究员进行研究，现在是佛罗里达大学斯克里普斯研究所的助理教授。“我们新的方法能够以极高的精确度解决这个问题，使我们能够在体外检查与我们在大脑中观察到的非常相似的神经元。”
“哈吉苏莱曼的研究定义了一条全新的生化通路，这与我们关于像脆性X综合症这样的神经功能障碍的知识相一致、互补，并大大扩展了我们已知的东西。”达内尔，罗伯特和哈丽雅特·海尔布伦教授指出，“我们已经了解记忆和学习。”
一种独特的RNA处理方法
记忆的创建围绕着海马体，这是一个对学习至关重要的大脑区域，以至于在1940年代从癫痫患者身上移除后，他们保留了童年的记忆，却失去了形成新记忆的能力。目前已确定，记忆的形成至少部分是由于海马体树突中局部发生的新蛋白质合成。
作为一名医师科学家，达内尔在工作时亲自观察到了树突翻译的重要性。这位演讲者与因免疫系统攻击其海马体而受到影响的患者合作。他注意到，在与患者交谈30分钟后离开房间时，似乎在他返回时患者对他没有记忆。这使他重点关注海马体中的神经元为何有自己独特的RNA代谢调控系统，而这种系统在身体的其他细胞中不存在。
事实证明，这种独特的系统是我们的大脑如何创建记忆和学习新信息的核心。这一发现成为达内尔实验室的主要焦点，导致2003年CLIP的发展。CLIP是一种允许研究人员研究结合并影响RNA的蛋白质的方法。但仍然存在局限性。哈吉苏莱曼解释道：“关于神经元如何在树突处响应刺激还有许多未知的细节。我们需要这些信息来理解神经元如何功能以及在神经系统疾病中事情常常出错的地方。” 团队扩展了TurboID平台，使其能够与RNA测序、CLIP、翻译和蛋白质分析相结合，以更好地理解树突中变化在学习中的作用。这使得他们能够在刺激之前、期间和之后追踪树突中的活动。在神经元开始活跃后不久，它会捕捉细胞中蛋白质合成的重要时刻，尤其是对记忆形成重要的阶段。
对这些关键时刻的检查揭示了树突中的小扰动。当被激活时，局部核糖体附着在mRNA上，这一动作显示出形成记忆的所有生化特征。该动作预计会导致树突不仅产生新蛋白质，还产生1000种被称为微肽的小蛋白质，其功能目前尚不清楚。团队还发现了一种RNA结合蛋白，帮助增强这些核糖体与mRNA之间的连接，并显示如果该蛋白被禁用，提议的微肽将不会形成。
“我们从未知道这些微肽甚至可能存在，”达内尔说。“这开启了一个新的研究领域，我们可以探索这些肽可能正在做什么，以及它们如何促进记忆的形成。这是如此重要的发现，以至于有许多潜在的研究路径可以追寻。”
在研究人员今后研究中将深入探讨的众多观察中，有一个特别引人注目：团队观察到一种特定的蛋白质因其在树突中广泛结合mRNA而突出。该蛋白质被称为FMRP，与脆性X综合症密切相关，后者是智力残疾的常见遗传原因，受大脑发育与功能以及影响FMRP的基因突变的影响。达内尔表示：“我们的发现与FMRP的分子生物学相一致，并为进一步理解脆性X提供了机会。”除了直接的影响，使用树突TurboID可以帮助研究人员研究不同大脑区域的蛋白质合成及其在不同疾病中的应用。哈吉苏莱曼补充道：“我们现在有能力仔细检查许多其他位置，从而进行更深入的分析。”哈吉苏莱曼的方法像是让你进入一个从未有人踏入的房间，达内尔表示：“灯光亮起，这些发现让你目瞪口呆。”
