朊病毒，這個因引發“瘋牛病”和帕金森等神經退行性疾病而臭名昭著的蛋白質家族，可以在健康細胞中發揮重要作用。“你認為上帝創造朊病毒只是為了殺死它們嗎？”諾貝爾獎得主埃裡克·坎德爾沉思道。“這些東西最初一定是為了具有生理功能而進化出來的。”他對記憶的研究幫助揭示了，動物在其神經系統中製造和使用朊病毒，作為一項基本功能的一部分：穩定構成長期記憶的突觸。這些天然的朊病毒不具有傳染性，但在分子水平上，它們以與致病性朊病毒完全相同的方式連結在一起。（一些研究人員稱它們為“類朊病毒”，以避免混淆。）本週，來自斯托爾斯醫學研究所的神經科學家考西克·斯（Kausik Si），坎德爾的前學生之一，的研究表明，朊病毒的作用受到細胞的嚴格控制，並且可以在需要形成新的長期記憶時被啟用。
朊病毒是具有兩個不尋常特性的蛋白質：首先，它們可以在兩種可能的形狀之間切換，一種形狀本身是穩定的，另一種形狀可以形成鏈狀結構。其次，形成鏈狀的版本必須能夠觸發其他蛋白質改變形狀並加入鏈條。假設在正常版本中，蛋白質被摺疊成這樣，蛋白質結構的一部分——稱其為“標籤A”——適合於它自己的“槽B”中。但在另一種形式中，標籤A可以放入其鄰居的槽B中。這意味著鄰居可以對下一個到達的蛋白質做同樣的事情，形成可以無限增長的鏈或團塊。
朊病毒疾病中產生的團塊對細胞有毒，但某些其他蛋白質鏈在健康神經元中發揮作用。它們的自我繁殖鏈式反應是細胞面臨的難題的解決方案：當形成記憶的一系列細胞過程早已完成時，如何維持永久記憶？或者，正如斯所說，“如何用兩個月內就會消失的分子創造一種永久狀態？”
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對於一個腦細胞來說，保持記憶需要大量的工作。各種蛋白質需要在突觸處不斷製造，突觸是連線一個細胞到另一個細胞的小間隙。但儘管一個細胞可能擁有多個突觸，但生長和維持連線的蛋白質合成只發生在特定的、已被啟用的突觸處。在海兔Aplysia（因其巨大的細胞而受到神經科學家的青睞）中的研究表明，一種名為CPEB（胞質多聚腺苷酸化元件結合）的蛋白質對於保持突觸的啟用是必需的。斯和坎德爾與麻省理工學院的酵母朊病毒專家蘇珊·林德奎斯特合作，在2003年表明CPEB充當朊病毒。
一旦朊病毒的鏈式反應開始，它就會自我持續，因此突觸可以在最初的觸發消失後得以維持——也許可以維持一生。但這仍然不能解釋第一個朊病毒是如何被觸發的，或者為什麼它只發生在某些突觸而不是其他突觸中。
一個答案來自斯對果蠅的研究，該研究於2月11日發表在PLoS生物學上。性——尤其是雄性的求偶行為——是測試記憶的理想領域：如果雌性不接受，雄性會記住這一點並停止嘗試求偶。早些時候，斯的研究小組表明，如果果蠅版本的CPEB（稱為Orb2）發生突變，使其無法充當朊病毒，則昆蟲會短暫地記住雌性不接受，但這種記憶會在幾天內消退。
現在，斯的研究小組已經弄清楚了細胞如何開啟負責記憶永續性的機制——以及如何恰好在正確的時間和地點穩定記憶。
在記憶形成之前，果蠅的神經元充滿了名為Orb2B的朊病毒版本。儘管此版本可以切換形狀以形成朊病毒的特徵性團塊，但在沒有相關蛋白質Orb2A的情況下，它無法啟動。在本週的論文中，斯和同事們解開了控制Orb2A作用的多夥伴舞蹈。首先，一種名為TOB的蛋白質與Orb2A結合，使其在細胞中保持完整。（通常，它會在幾個小時內被分解。）一旦穩定下來，就需要附著一個磷酸鹽標籤，這是由另一種名為Lim激酶的蛋白質完成的。
至關重要的是，Lim激酶只有在細胞接收到電脈衝時才會被啟用——並且只針對該突觸，而不是細胞可能正在建立的其他任何突觸連線。這意味著朊病毒的鏈式反應在需要的時間和地點被開啟。研究人員表示，這意味著細胞具有穩定某些突觸但不穩定其他突觸的機制——這可能解釋了為什麼我們的一些記憶會消退，而另一些記憶會持續一生。
儘管迄今為止對這些蛋白質的研究都是在酵母、海兔、果蠅和小鼠身上進行的，但人類的CPEB可能以相同的方式運作以儲存記憶。研究人員一致認為，接下來的步驟是開發更好的技術來觀察大腦中哪些地方的朊病毒被啟用，並深入研究更多關於朊病毒過程如何被調節的問題。一個緊迫的問題是：當我們遺忘時，這是否意味著朊病毒的鏈式反應已經停止？