可修改记忆的“神奇”蛋白

　　

生物通报道：最近，美国南加州大学（USC）的科学家们，开发出一种新工具——GFE3蛋白，能够以定向的方式修改大脑活动和记忆，而无需任何药物或化学物质的帮助。相关研究结果发表在6月6日的《Nature Methods》杂志。

本文通讯作者、USC Dornsife文理学院生物学教授Don B. Arnold指出，GFE3蛋白可能帮助研究人员定位大脑中的神经联系，并更好地了解抑制性突触是如何调节大脑功能的。Arnold表示，这个蛋白还可能让研究人员能够控制神经活动，并对从精神分裂症到可卡因成瘾这些疾病的研究，起到推动作用。

这个蛋白质在特定细胞中携带突触蛋白的“死刑判决”。 这个蛋白质可被编码在动物基因组中，以有效地切断它们的抑制性突触——神经元之间的连接，从而增加它们的电活动。Arnold说：“GFE3利用大脑内的蛋白质的一个少为人知、但很非凡的性质。”

这个蛋白质利用一个内在过程——大脑降解和更换蛋白质的循环周期。大部分的大脑蛋白质只持续几天的时间，就被降解和被新的蛋白质替换。GFE3可靶定那些将抑制性突触整合到这一降解系统的蛋白质，因此，突触就分崩离析。

Arnold说：“我们不是集中在决定一个蛋白质何时需要降解的细胞，而是靶定了这个过程。”在这项研究中，科学家在小鼠和斑马鱼中研究了该蛋白的影响。研究人员发现，GFE3蛋白可引起脊椎两边的神经元发挥相反的作用，从而产生不协调的动作。

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以前，有些药物可以用来抑制大脑中的抑制性突触，例如benzodiazapines，可治疗焦虑、失眠或癫痫发作。但是这些药物可抑制一个特定区域内的所有细胞，而不仅仅是预定目标的神经元。

Arnold说：“不幸的是，细胞各有不同，甚至相反的功能在大脑中往往是彼此相邻的。因此，药理学实验尤其难以解释。通过编码基因组中的GFE3，我们可以靶定和调整特定细胞的抑制性突触，而不影响其他有不同功能的细胞。”

之前也有不少研究机构试图修改记忆，但大多数使用的是近年来的新宠技术——光遗传学。例如，2014年10月，加州大学戴维斯分校神经科学中心和心理学系的研究人员，利用光消除了小鼠脑中的特定记忆，并证明了一个关于“大脑不同部分如何共同工作来检索情景记忆”的基本理论。相关研究结果发表在《Neuron》杂志。相关阅读：Neuron：用光操纵记忆？。

今年2月份，英国牛津大学的一组研究人员，首次在哺乳动物中引起了联想记忆的外部解码。研究人员在《Nature Neuroscience》杂志上发表的研究中，描述了他们是如何在测试小鼠中引起联想记忆形成，以及他们用来记录它的技术，使记忆被删除。 相关阅读：用光遗传学修改小鼠的记忆。

也有科学家发现了大脑记忆事件的“方程式”， 瑞士洛桑联邦理工学院科学家沃尔夫拉姆-格斯特纳(Wolfram Gerstner)带领一支研究小组通过模拟实验表明，记忆形成和恢复遵循于一个“组织严密的方程式”。科学家能够设计一个复杂算法，精确表达复杂的记忆信息。同时，记忆方程式还是一个“开发工具”，能够触发大脑记忆，或者完全消除之前的记忆。相关阅读：科学家将能够为大脑抹去或植入记忆。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
An E3-ligase-based method for ablating inhibitory synapses
Abstract: Although neuronal activity can be modulated using a variety of techniques, there are currently few methods for controlling neuronal connectivity. We introduce a tool (GFE3) that mediates the fast, specific and reversible elimination of inhibitory synaptic inputs onto genetically determined neurons. GFE3 is a fusion between an E3 ligase, which mediates the ubiquitination and rapid degradation of proteins, and a recombinant, antibody-like protein (FingR) that binds to gephyrin. Expression of GFE3 leads to a strong and specific reduction of gephyrin in culture or in vivo and to a substantial decrease in phasic inhibition onto cells that express GFE3. By temporarily expressing GFE3 we showed that inhibitory synapses regrow following ablation. Thus, we have created a simple, reversible method for modulating inhibitory synaptic input onto genetically determined cells.