导致疯牛病的蛋白质也有助于大脑发育

当朊病毒没有错误折叠时,它们有助于形成神经元连接

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朊病毒最广为人知的是引起“疯牛病”和人类变种(如变异型克雅氏病)的传染性病原体。但这种蛋白质至少有一种已知的有用功能,即在神经绝缘细胞中发挥作用,并且人们怀疑它还有更多功能。现在,研究人员首次提供了直接证据,证明这种蛋白质在神经元本身中也发挥着重要作用。

该团队在《神经科学杂志》上报告称,朊病毒参与发育可塑性,即生长中的大脑中神经元的结构和功能受经验塑造的过程。 

朊病毒主要有两种形式:正常版本和错误折叠的传染性版本。正常版本,称为细胞朊病毒蛋白(或PrPC),存在于身体的每个细胞中,并有助于维持髓鞘,即保护神经的细胞中的髓鞘。


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但这种分子在神经元本身中也很丰富,尤其是在发育过程中。由于它与膜相连,因此人们普遍认为它参与神经细胞之间的信号传递,但几乎没有找到直接证据。

因此,意大利的里雅斯特国际高级研究学院的神经生物学家恩里科·切鲁比尼和他的同事决定研究电刺激对健康3-7天大的小鼠以及基因工程改造为缺乏编码朊病毒蛋白基因的动物的海马组织切片的影响。 

他们使用电极同时刺激单个细胞,此时年轻神经元网络表现出自发的电活动爆发,或者同时刺激彼此连接的细胞对。

在来自健康动物的组织中,这两种程序都加强了神经元之间的连接,这种现象被称为长时程增强作用。

然而,在没有朊病毒基因的小鼠中,刺激产生了相反的效果。在这些动物中,该程序诱导了长时程抑制,或神经元连接的减弱。

起伏
进一步的实验表明,具有细胞朊病毒蛋白的小鼠的增强作用是由一种名为蛋白激酶A的酶的激活引起的。然而,在没有细胞朊病毒蛋白的情况下,一种相关的酶,称为蛋白脂肪酶C的激活,导致神经元活动的长期降低。

切鲁比尼说:“这表明[细胞朊病毒蛋白]控制着发育中的海马体中可塑性的方向,”他补充说,他和他的同事现在想确定将朊病毒信号从膜传递到细胞内的分子。 

海马体中的长时程增强作用被认为对学习和记忆至关重要,但朊病毒的重要性仍然未知,切鲁比尼希望研究这种蛋白质如何参与行为。他还推测,朊病毒在发育中的大脑的其他部分(如视觉皮层)以及成人中也具有类似的作用。

马里兰州贝塞斯达国家儿童健康与人类发育研究所神经发育和可塑性部门负责人R·道格拉斯·菲尔兹说:“细胞朊病毒蛋白的功能非常神秘,但这令人信服地证明了它在加强发育中的神经网络内的突触连接方面起着至关重要的作用。”

本文经《自然》杂志许可转载。 该文章于2013年2月14日首次发表

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