科学家们提前寻找记忆的分子根源

休斯顿 - (2019年8月26日) - 一个难题的新片 - 记忆的本质 - 在本周落实到位，暗示了脑细胞在学习某些东西时如何改变结构。

三个活动部分 - 结合蛋白，结构蛋白和钙 - 之间的相互作用是电信号进入神经细胞并重塑被认为能够实现认知和记忆存储的分子结构的过程的一部分。

来自莱斯大学，休斯顿大学(UH)和德克萨斯大学休斯顿健康科学中心(UTHealth)的同事将理论，模拟和实验相结合，以确定中枢结合蛋白 - 钙 - 钙调蛋白依赖性激酶II(CaMKII) - 与神经元的细胞骨架结合和解除绑定。

该团队在“美国国家科学院院刊”上的报告首次详细阐述了CaMKII的结合位点如何将肌动蛋白丝 - 结构蛋白 - 与长而刚性的束结合。束成为树突棘的支撑骨架，尖刺突起通过来自其他神经元的突触接收化学信息。

赖斯的理论物理学家彼得沃利斯加入了UH物理学家玛格丽特张和UTHealth神经生物学家Neal Waxham的合作，旨在了解信号​​如何通过树突，神经细胞上的分支在细胞之间传递信息。

事实证明，找到CaMKII的完整结构对于X射线晶体学而言过于复杂，尽管其部分结构是已知的。当与组成细胞骨架的肌动蛋白结合时，该系统也成为最大的蛋白质Wolynes和他的团队通过他们的蛋白质结构预测程序AWSEM进行分析。

当它们完成时，计算机预测的结构与Waxham及其团队的二维电子显微镜图像非常匹配，清楚地显示平行的肌动蛋白丝通过CaMKII的梯级保持在一起，像梯子一样。

“在你进入这个阶段之前，确实存在涉及CaMKII酶活性的初步化学步骤;因此，我们没有完全清楚如何把所有东西放在一起，”Wolynes说。“但很明显，这个综合体的组装是化学变成一个可以容纳记忆的大规模结构的关键步骤。”

CaMKII特别适合与肌动蛋白相互作用，肌动蛋白是真核细胞中最丰富的蛋白质，并且具有神经元中的特殊能力，肌动蛋白不仅需要给予数千个树突(在每个数十亿个神经元中)它们的静止形式，而且还必须给予它们具有一定的可塑性，可以适应不断的信号弹道。

肌动蛋白分子自组装成长而扭曲的细丝。这些分子之间的疏水口袋完美配置为结合CaMKII，CaMKII是一种具有多个部分或结构域的大蛋白质。这些结构域锁定在细丝上的三个连续结合位点，并且扭曲以规则的间隔结合位点以防止蛋白质堆积。

CaMKII的“结合”结构域是一个六倍的亚基，它也与相邻的细丝结合形成肌动蛋白束，树突棘的骨架使这些突起成形。

如果枝晶含有很少的钙，这些束仍然是刚性的。但是，当钙离子通过突触进入时，它们与钙调蛋白结合，使它们与软膜调节区CaMKII的另一部分结合。这触发了CaMKII结构域与细丝的解离，接着是蛋白质的其余部分，打开了一个短的时间窗口，在此期间束可以重新配置。

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