朊病毒最廣為人知的是引起“瘋牛病”和人類變種(如變異型克雅氏病)的傳染性病原體。但這種蛋白質至少有一種已知的有用功能,即在神經絕緣細胞中發揮作用,並且人們懷疑它還有更多功能。現在,研究人員首次提供了直接證據,證明這種蛋白質在神經元本身中也發揮著重要作用。
該團隊在《神經科學雜誌》上報告稱,朊病毒參與發育可塑性,即生長中的大腦中神經元的結構和功能受經驗塑造的過程。
朊病毒主要有兩種形式:正常版本和錯誤摺疊的傳染性版本。正常版本,稱為細胞朊病毒蛋白(或PrPC),存在於身體的每個細胞中,並有助於維持髓鞘,即保護神經的細胞中的髓鞘。
支援科學新聞事業
如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞事業 訂閱。透過購買訂閱,您將有助於確保未來能夠繼續釋出關於塑造我們當今世界的發現和想法的有影響力的報道。
但這種分子在神經元本身中也很豐富,尤其是在發育過程中。由於它與膜相連,因此人們普遍認為它參與神經細胞之間的訊號傳遞,但幾乎沒有找到直接證據。
因此,義大利的裡雅斯特國際高階研究學院的神經生物學家恩里科·切魯比尼和他的同事決定研究電刺激對健康3-7天大的小鼠以及基因工程改造為缺乏編碼朊病毒蛋白基因的動物的海馬組織切片的影響。
他們使用電極同時刺激單個細胞,此時年輕神經元網路表現出自發的電活動爆發,或者同時刺激彼此連線的細胞對。
在來自健康動物的組織中,這兩種程式都加強了神經元之間的連線,這種現象被稱為長時程增強作用。
然而,在沒有朊病毒基因的小鼠中,刺激產生了相反的效果。在這些動物中,該程式誘導了長時程抑制,或神經元連線的減弱。
起伏
進一步的實驗表明,具有細胞朊病毒蛋白的小鼠的增強作用是由一種名為蛋白激酶A的酶的啟用引起的。然而,在沒有細胞朊病毒蛋白的情況下,一種相關的酶,稱為蛋白脂肪酶C的啟用,導致神經元活動的長期降低。
切魯比尼說:“這表明[細胞朊病毒蛋白]控制著發育中的海馬體中可塑性的方向,”他補充說,他和他的同事現在想確定將朊病毒訊號從膜傳遞到細胞內的分子。
海馬體中的長時程增強作用被認為對學習和記憶至關重要,但朊病毒的重要性仍然未知,切魯比尼希望研究這種蛋白質如何參與行為。他還推測,朊病毒在發育中的大腦的其他部分(如視覺皮層)以及成人中也具有類似的作用。
馬里蘭州貝塞斯達國家兒童健康與人類發育研究所神經發育和可塑性部門負責人R·道格拉斯·菲爾茲說:“細胞朊病毒蛋白的功能非常神秘,但這令人信服地證明了它在加強發育中的神經網路內的突觸連線方面起著至關重要的作用。”