研究人员发现大脑神经元中的离子通道具有一种“分子记忆”，这有助于终生记忆的形成和保存。研究人员确定了离子通道的一个特定部分，可以针对某些遗传疾病开发新药。该研究由瑞典林雪平大学主导，已发表在《自然通讯》上。
大脑的超能力之一是从过去经历中学习并形成记忆的能力。这些重要过程依赖于大脑中神经元之间连接的重塑。神经连接点称为突触，在一生中被强化或削弱，以至于大脑在某种意义上不断在细胞层面上重塑。这种现象称为突触可塑性。
有几种过程促进神经系统中的突触可塑性。其中一个过程与一种称为钙离子通道的分子类型有关，长期以来一直引起林雪平大学研究人员的兴趣。
“我想揭开这些离子通道分子的秘密生活。钙离子通道在体内具有非常重要的功能——通过开关，它们调节神经之间的信号传递。但除此之外，这些分子还具有自己的记忆，能够记住以前的神经信号，”研究的主导者、林雪平大学生物医学与临床科学系的副教授安东尼奥斯·潘塔齐斯说。
该研究的重点是特定类型的离子通道，即CaV2.1通道，它是大脑中最常见的钙离子通道。该离子通道位于突触，位于神经元的最末端。当电信号通过神经元时，离子通道打开，启动一个导致神经递质释放到接收神经元的过程。通过这种方式，CaV2.1通道是突触中神经间通信的守门人。
长时间的电活动减少了可打开的CaV2.1通道的数量，导致递质释放减少，因此接收神经元接收到的信息变弱。这就好像这些通道可以“记住”之前的信号，并在这样做时使其无法被后续信号打开。直到现在，这种机制在分子层面上仍未为科学家所知。
林雪平的研究人员现在发现了离子通道如何“记住”的机制。该通道是由几个相互连接的部分组成的大分子，这些部分可以根据电信号相对于彼此移动。他们发现，离子通道可以根据电信号的强度和持续时间获得近200种不同的形状；这是一种非常复杂的分子机器。
“我们认为在持续的电神经信号期间，分子的一个重要部分与通道门断开连接，类似于汽车的离合器打断了发动机与车轮之间的连接。离子通道就不能再打开。当数百个信号在足够长的时间内发生时，它们可以将大多数通道转换为这种‘断开连接的记忆状态’，持续几秒钟，”安东尼奥斯·潘塔齐斯说。
如果离子通道可以记住几秒钟，那它如何有助于终生学习？这种在离子通道中的集体记忆可以随着时间的推移积累并减少两个神经元之间的通信。这然后导致接收神经元发生变化，持续数小时或数天。最终，这会导致大脑中更长期的变化，例如削弱的突触的消除。
“通过这种方式，一个在单个分子中持续几秒的‘记忆’可以对一个人持续一生的记忆产生小的贡献，”安东尼奥斯·潘塔齐斯说。
对这些钙离子通道如何工作的深入了解，从长远来看，可以有助于某些疾病的治疗。有多种突变体的基因产生CaV2.1通道，CACNA1A，已与罕见但严重的神经疾病相关，这些疾病常常在家族中遗传。开发针对这些疾病的药物时，了解你想要影响的大离子通道的哪个部分以及其活动应如何改变是有帮助的。
“我们的工作明确了在开发新药时应该针对蛋白质的哪个部分，”安东尼奥斯·潘塔齐斯说。
该研究获得瑞典研究委员会、林雪平大学瓦伦贝里分子医学中心、瑞典大脑基金会、瑞典心肺基金会、狮子会公共疾病研究基金以及美国国立卫生研究院的资助。
