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为探究突触 mRNA 定位在体内记忆形成中的作用，来自法国蔚蓝海岸大学等机构的研究人员以果蝇为模型，研究轴突 mRNA 定位的调控和功能。结果发现 Imp 蛋白调控 mRNA 向蘑菇体（MB）γ 神经元轴突运输，且轴突 mRNA 定位对长期记忆至关重要。该研究揭示了记忆巩固的新机制。
在神经科学领域，神经元 mRNA 靶向轴突和树突末端，并在现场进行翻译，这一过程对局部蛋白质组重塑和神经元可塑性意义重大。然而，在成熟的体内记忆回路中，mRNA 定位的特异性、调控机制以及其在记忆形成中的作用仍迷雾重重。为了揭开这些谜团，来自法国蔚蓝海岸大学（Institut de Biologie Valrose, Université C?te d’Azur）、弗朗西斯?克里克研究所（The Francis Crick Institute）等多个机构的研究人员开展了深入研究，相关成果发表在《Nature Communications》上。
研究人员采用了多种关键技术方法。通过优化差速离心和不连续蔗糖梯度法制备突触体，用于分析突触体 RNA 含量；运用单分子荧光原位杂交（smFISH）技术观察 mRNA 在神经元中的定位；利用 RNA 免疫沉淀（RIP）和交联免疫沉淀（iCLIP）技术鉴定与 Imp 蛋白结合的 mRNA。
研究结果
- 果蝇大脑中多样的 mRNA 定位于突触：研究人员优化实验方案，成功从果蝇成年大脑匀浆中分离出突触体。经检测，该突触体富含多种蛋白，RNA 测序显示其中有数百种 mRNA 特异性富集。这些 mRNA 编码多种蛋白，涵盖线粒体、核糖体蛋白等，且部分与脊椎动物神经突中定位的 mRNA 相同，表明果蝇大脑中存在丰富的 mRNA 靶向突触终端现象，且具有进化保守性。
- mRNA 定位于蘑菇体神经元的轴突终端：为验证 RNA 测序结果，研究人员对成年果蝇全脑进行 smFISH 实验，聚焦于在记忆形成中起关键作用的蘑菇体（MB）γ 神经元。结果发现，多种 mRNA 能定位于 MB γ 神经元的轴突终端，且不同 mRNA 的轴突靶向程度差异显著，这表明存在转录本特异性的 mRNA 定位机制。
- 鉴定定位于 MB 轴突终端的 Imp 结合 mRNA：此前研究表明，RNA 结合蛋白 Imp 会靶向 MB γ 神经元轴突。本研究进一步发现，Imp 存在于成年大脑突触体中，暗示其可能促进 mRNA 向 MB γ 突触前终端运输。通过 RIP 和 iCLIP 技术，研究人员鉴定出多个与 Imp 结合且定位于 MB γ 神经元轴突终端的 mRNA，如 profilin、actin5C 等。
- Imp 结合的 mRNA 通过 3′UTR 靶向 MB γ 轴突：iCLIP 分析显示，Imp 主要结合 mRNA 的 3′UTR。研究人员构建带有不同 mRNA 3′UTR 序列的 GFP 报告基因，经 smFISH 实验证实，lk6、pabp 等 mRNA 的 3′UTR 序列可引导 GFP RNA 定位于 MB γ 神经元轴突，表明轴突定位的 Imp 结合 mRNA 通过 3′UTR 中的特定元件靶向轴突终端。
- Imp mRNA 靶标的区室特异性募集：研究发现，部分 Imp mRNA 靶标在 MB γ 轴突的 γ5 区室（MB γ5 compartment）呈现高转录本密度的非均匀分布。抑制支配 γ5 区室的多巴胺能神经元（PAM-γ5-DANs）活动后，arc1 mRNA 在 γ5 区室的富集现象消失，说明特定区室回路的激活是触发 mRNA 局部积累的必要条件。
- imp-ΔPLD 转运突变体中选定的 Imp 结合 mRNA 的轴突定位被破坏：研究人员发现，缺失 Imp 的朊病毒样结构域（PLD）会破坏 Imp RNP 颗粒向 MB γ 轴突的动态运输，但不影响其 RNA 结合能力。在 imp-ΔPLD 突变体中，eIF4A、arc1 等部分 Imp 结合 mRNA 的轴突定位显著下降，表明 imp-ΔPLD 突变选择性地损害了 Imp 依赖的 mRNA 运输。
- imp-ΔPLD 突变体中长期而非短期求偶记忆受损：研究人员通过求偶条件反射实验发现，imp-ΔPLD 果蝇的长期求偶记忆（LTM）严重受损，而短期求偶记忆（STM）正常。在 MB γ 神经元中重新表达野生型 Imp 可挽救 LTM 缺陷，且在成年 MB 神经元中特异性失活 Imp 也会导致 LTM 受损，证明 Imp 依赖的 mRNA 向 MB γ 轴突的运输对求偶 LTM 的建立至关重要。
研究结论表明，轴突 mRNA 定位在体内记忆回路中对记忆巩固意义重大，Imp 蛋白在 mRNA 向 MB γ 轴突的运输中发挥关键作用。这一研究揭示了神经元 mRNA 靶向突触前的高度特异性过程，为进一步探索回路活动如何调节 mRNA 募集和下游翻译奠定了基础，有助于深入理解记忆形成和巩固的分子机制，为相关神经科学研究开辟了新方向。
