Nature 长期记忆需要兴奋和抑制神经网络协同合作

【Nature 长期记忆需要兴奋和抑制神经网络协同合作】
麦吉尔领导的一个多机构研究小组发现，记忆巩固过程涉及了两种不同的大脑网络——兴奋性网络和抑制性网络。兴奋性神经元参与创造了记忆痕迹，而抑制性神经元阻断背景噪音，允许进行长期学习。
由麦吉尔大学教授Nahum Sonenberg和Arkady Khoutorsky，蒙特勒阿尔大学教授Jean-Claude Lacaille和海法大学教授Kobi Rosenblum领导的研究小组发现，可以通过选择性的操控每个神经元系统来控制长期记忆。这项研究回答了一个长期存在的问题，即，哪些神经元亚型参与了记忆巩固，它对治疗阿尔茨海默病和自闭症等涉及记忆过程疾病的新靶点具有潜在的意义。
寻找参与记忆巩固的神经元
我们知道短期记忆只能维持几个小时，问题是——短期记忆如何转化为可能持续数年之久的长期记忆？几十年前，人们就知道这种记忆巩固的过程需要大脑细胞合成新的蛋白质才能得以完成。但是到目前为止，还不知道哪些亚型神经元参与了这个过程。
为了确定在记忆巩固过程中必需的神经网络，研究人员使用转基因小鼠操纵特定类型神经元中的一种特殊分子通路，即eIF2α 。
先前的研究已经证明这一通路在控制长时记忆的形成过程，以及调节神经元的蛋白质合成中起着关键作用。此外，早期的研究已经确定了eIF2α在神经发育和神经退行性疾病中起着至关重要的作用。

eIF2α和整合应激反应
eIF2α是一种和整合应激反应有关的分子通路。在外部或内在因素条件下，一个细胞内会触发整合应激反应（integrated stress response）。

文章插图
整合应激反应
整合应激反应信号导致真核起始因子2（eIF2α）上的α亚基磷酸化，导致ATF4基因打开，从而进一步影响基因表达。eIF2由三个亚基组成：eIF2α，eIF2β和eIF2γ 。
eIF2，英语：eukaryotic Initiation Factor 2，译为：真核起始因子2，是一个重要的真核起始因子。真核起始因子（eukaryotic initiation factor，简称为eIF），又称为真核翻译起始因子，是指参与真核翻译起始这一过程的蛋白质。真核翻译（Eukaryotic translation是RNA在真核生物中翻译成蛋白质的生物学过程。真核生物（学名：Eukaryota）指其细胞具有细胞核的单细胞生物和多细胞生物的总称。

eIF2α controls memory consolidation via excitatory and somatostatin neurons. Nature, 2020; DOI: 10.1038/s41586-020-2805-8
兴奋性和抑制性系统都在记忆巩固中起作用
Kobi Rosenblum博士说：“我们发现，刺激eIF2α，以便在海马体兴奋性神经元中合成蛋白，就足以增强记忆的形成和突触的修改，突触是神经元之间交流的场所。”
然而，有趣的是，“我们还发现，通过eIF2α刺激特定抑制神经元（生长抑素中间神经元）蛋白质的合成，也足以通过调节神经元连接的可塑性来增强长期记忆，”Jean-Claude Lacaille博士说。
Sonenberg教授实验室的研究助理、论文的第一作者Vijendra Sharma博士补充说：“能够证明这些新的参与者——抑制性神经元——在记忆巩固中起着重要作用是一件令人着迷的事。”人们以前一直认为eIF2α通路通过兴奋性神经元来调节记忆。
Nahum Sonenberg博士总结道：“这些新发现将抑制性神经元（特别是生长抑素细胞）中的蛋白质合成确定为阿尔茨海默氏病和自闭症等疾病治疗干预的新靶标。我们希望这将有助于为那些患有记忆缺陷疾病的患者设计预防和诊断后治疗方案。”