钙调蛋白依赖激酶对记忆形成至关重要

　　

研究者使用一种技术，消除老鼠脑中与限制性记忆相关区域中的一种酶的功能，表明这种酶在巩固长期记忆中有重要作用。

研究者们通过试验发现：有一种重要的生化信号通路的缺陷导致了动物在一系列迷宫试验中丧失了长期记忆的能力。从而创立了一种有效的方法来理解与学习和记忆相关的分子。

文章发表在2001年9月21日出版的cell（细胞）上，Susumu Tonegawa和他在麻萨诸塞州技术研究所和和Vollum研究所的同事们发现：老鼠前脑的钙调蛋白依赖激酶 (CaMKIV)的去除，对脑中的信号通路和学习行为有显著的影响。

科学家开始他们的研究来阐明这种酶在长期记忆增强(L-LTP)中的作用，持久的记忆是通过激活触发蛋白质合成的基因而产生的。 这种蛋白的合成又引起神经原的神经连接的改变——在神经元之间产生联系——从而产生持久的记忆通路。

“之前的研究，已经发现CaMKIV在长期记忆通路中有作用，但那种研究是在整体动物中敲除这种酶” Tonegawa说。 “这样的敲除影响整个脑的发育，得到的结果是不一致的。 所以我们决定使用一种技术只在前脑抑制这种与大脑高级功能相关的蛋白质。”

Tonegawa说：其它的研究小组曾经试图敲除一种CREB蛋白——与L-LTP中的基因转录有关，并能被CaMKIV激活。研究的结果缺乏说服力，Tonegawa说，因为在脑中有多种CREB的构型，可以弥补任何形式的敲除。

Tonegawa和他的同事使用一种基因技术，用一种仅能在老鼠前脑表达的“负显性”突变酶来替换正常的CaMKIV。负显性酶具有功能酶的所有特性——诸如正常的结合其它分子的能力——但是他们缺乏一种适当的酶反应的能力。

科学家首次在转基因老鼠的脑切片上研究了缺乏CaMKIV活性的分子机制。 他们发现老鼠脑中CaMKIV活性的基础水平是正常的，但是当增加化学制剂来模仿记忆形成中神经活动的条件时，酶的功能极大地降低了。 脑切片的研究也表明磷酸化作用激活CREB在转基因小鼠中是被抑制的，这暗示CaMKIV 在正常的CREB 激活引起神经元活性具有重要的作用。

脑切片的实验也显示在转基因老鼠中，如果不在模仿蛋白质合成依赖L-LTP条件下，神经冲动的传递是正常的。

“这些结果正确地指出CaMKIV的在蛋白质合成依赖型LTP中的作用，” Tonegawa强调说。 “这是十分重要的，因为过去人们发表的研究暗示在LTP中存在另一种酶——蛋白激酶A， 但那种酶对蛋白质合成依赖型的LTP没有专一性。”

根据显著的生理学特性，科学家们专一的破坏了CaMKIV通路，在接下来的试验中研究者测试转基因老鼠在巩固水谜宫记忆的表现程度。 老鼠被放置在不透明的水池中，上面飘浮着珠子，老鼠需要找到在水面下的一个平台。 转基因老鼠在最初学习中与正常的老鼠一样，但是当继续训练，他们明显的变得找不到平台了。

“因此，这些老鼠具有同样的能力去获取记忆，但他们不能把那些记忆转变成为一种长期的形式，” Tonegawa说。 但他发现谜宫实验仍然存在不能解释的问题。 “这种训练花费两周时间，因此记忆的获得和巩固过程是双重的，” Tonegawa说。 “这很难理解缺陷是在获得阶段还是在巩固阶段产生的。”

在另一套试验中，科学家比较正常和转基因动物获取和巩固记忆的能力，通过在特定的小房间里温和的刺激足底的方法。 在这些实验中，记忆获得与记忆巩固可以被明显的分离， Tonegawa说。 这些实验表明CaMKIV缺乏的老鼠可以学习到刺激是与小房间相关联的，但是他们却不能将这样记忆转变为持久的记忆， Tonegawa说。

“从这些试验，我们得出结论：CaMKIV通路主要与记忆巩固和保持有关，”他说。

Tonegawa注意到在转基因动物中的记忆巩固并不是完全不存在的，这暗示可能存在与记忆巩固相关的平行的信号通路，或者CaMKIV的活性并没有完全被敲除。

“然而，我们相信使用这种技术将使我们进一步的剖析这些信号转导通路不同的角色和相互作用，以及他们如何促进这个复杂的记忆巩固机制，”他说。 “同时，我们也想知道在这个过程中哪种基因被激活，以及这些基因产品如何帮助建立这种在突触强度方面的长期变化。”

——转自基因潮新闻