教育新闻网密歇根大学 (UM) 的一个细胞生物学家团队探索了睡眠依赖性记忆存储所涉及的机制，发现与海马神经元中未被研究的细胞区室相关的 RNA 在学习后睡眠和睡眠剥夺的小鼠之间差异很大。
分子、细胞和发育生物学系副教授 Sara Aton 和最近的 UM 神经科学研究生 James Delorme 假设学习事件和随后的睡眠(或睡眠不足)都会影响 mRNA 的翻译。大多数关于睡眠对 mRNA 影响的先前工作都集中在神经元胞质溶胶中的转录物上。然而，博士。Aton 和 Delorme 发现，在学习之后，RNA 的主要变化反而出现——几乎完全——出现在与神经元细胞膜相关的核糖体上。这些结果已于2021 年 11 月 30 日发表在国家科学院院刊上。
该团队首先应用了一种常用的生化方法，将海马组织均质化和离心分离，将细胞质(细胞质的水性成分，较小的细胞器和颗粒悬浮在其中)与通常被认为是“碎片”的其他细胞成分分离(内质网、高尔基体、细胞膜等)。在这项研究中，作者发现与细胞质中核糖体相关的 RNA 因动物是否睡觉而异，这证实了先前的转录组学研究。然而，根据先前的学习，胞质核糖体几乎没有显示出 RNA 变化。
“如果我们只是停在那里，我们就不会发现任何新颖或有见地的东西。我们强烈认为我们必须重新考虑我们的方法，”Aton 解释说。众所周知，内质网被核糖体覆盖，核糖体是将 RNA 转化为蛋白质的机制，Delorme 和 Aton 决定对细胞其他部分的 RNA 进行测序，即细胞质外的“碎片”。正是在研究较少的含膜细胞部分中，他们发现许多转录本受到先前学习的影响。无论动物在学习后是否被允许睡觉——允许存储新的记忆——或者它们是否被剥夺睡眠，这些修改后的转录本也存在显着差异。这些意想不到的结果为更多调查打开了大门。
Aton 说：“通过观察细胞的其他区域，我们现在有能力产生许多关于当记忆被巩固时以及当巩固因睡眠剥夺而中断时在分子水平上会发生什么的新假设。”
例如，在学习后睡觉的动物中，Aton 和 Delorme 观察到在海马神经元膜部分中编码蛋白质合成机制成分的转录本丰度增加。一种假设是测试学习后睡眠后膜相关核糖体的蛋白质产量是否确实增加。
除了 mRNA，作者还发现学习导致长非编码 RNA 与神经元膜结合核糖体的关联发生变化。这些可以在调节其他转录本的翻译中发挥作用，应该进行调查。“这些细胞已经发展出非常优雅的机制来微调从转录到翻译的过程，长非编码 RNA 可能是大脑这一部分的其中之一，”Aton 说。
她通过将神经元比作一个大型仓库进一步解释了，需要复杂的物流来快速响应远程细胞过程中对新蛋白质的需求，需要准备和分配适应过程。“神经元必须在合理的时间范围内交付‘包裹’，在需要时，无论该位置有多远。神经元已经进化到可以做到这一点，这是一个需要研究的巨大生物学问题。理解这一点很重要这种生物学是如何运作的，因为除了存储新记忆之外，它还影响再生、退化和神经系统疾病，”Aton 总结道。
