发育阶段蛋白质α-chimaerin影响未来学习能力



国立台湾大学生命科学系范姜文荣编译/国立台湾师範大学生命科学系李冠群副教授责任编辑

编译来源:学习能力の発达を调节するタンパク质を発见!

发育阶段蛋白质α-chimaerin影响未来学习能力

(图片来源:tpsdave@pixabay)

人脑内具有1000亿个以上神经细胞,透过神经突起(nerve fibers)的延伸,互相连结而形成神经迴路,执行记忆、学习、思考、判断、及语言等高层次机能。神经迴路在发育成长期密集生成,在发育为成人后,形成大脑机能运作。但神经迴路,以何种结构存在、与那些分子相关,仍不甚了解。

因此日本国立遗传学研究所等研究团队,延续先前研究,关注GTP酶活化蛋白质α-chimaerin,解析它对大脑机能产生的影响。α-chimaerin可分为α1型(α1-chimaerin)与α2型(α2-chimaerin),正常大鼠的脑部,成长期(出生后至2~3週左右为止)会强烈基因表现α2型;成体后,则强烈基因表现α1型。因此製作针对蛋白质α-chimaerin的全身基因剔除(gene knockout)和部分基因剔除、亦即仅大脑海马迴部位基因剔除,以及成熟个体基因剔除等数种型式的基因改变大鼠,进行各种行为观察实验。

不仅行走模式异常,活动量、学习能力均提升

实验结果发现,在α-chimaerin全身基因剔除(两种型式α-chimaerin都未运作)的大鼠,会出现异常的行走模式,经常不断绕行鼠笼。于长达一週的观测中,发现不论昼夜,其活动量都大约是正常大鼠的20倍,显示α-chimaerin具有调节动物活动量的机能。另发现此大鼠,与大脑海马迴相关的「脉络恐惧学习(contextual fear learning)」机能也提升。

成长期α2-chimaerin,调节学习能力

藉由各种α-chimaerin基因剔除大鼠的实验发现,α1与α2两种基因皆剔除者、与仅α2基因剔除者,会出现行走模式异常、活动量上升,以及学习能力提升。在仅α1基因剔除的大鼠身上,这些行为却都与正常无异。另外,仅海马迴部位的基因剔除大鼠,不论是α1与α2两者、或仅α2基因剔除的情况,大鼠的行走或活动量都是普通的正常情况,仅学习能力提升。进一步发现,以相同方式去处理成熟个体,则都未观察到学习能力的提升。以上结果发现,α-chimaerin与学习等高层次机能的调节有关,特别是成长期α2-chimaerin的运作,会影响成熟个体的学习能力,显示α2-chimaerin是学习能力的关键所在。

与健康人类的个体差异有关联

因为人脑也有蛋白质α-chimaerin,所以进一步以健康人类为对象,分析α-chimaerin基因类型与人格或能力等的相关性。对受试者进行各种测验,解析成绩与α-chimaerin基因类型的关係。结果发现,调控α2-chimaerin基因的紧邻基因表现,在特定类型的人身上,能观察到其个性或气质具有特定倾向,如计算能力较高、以及自闭症倾向明显。显示α2-chimaerin与人脑机能的个体差异有关联。

以上实验结果显示,蛋白质α-chimaerin有许多认知或学习相关功能,在发育成长期的运作,会影响成熟个体的学习机能,并与人类大脑机能的个体差异有关。该研究成果对人类认知或学习障碍的机制探索有所助益,其研究成果2014年9月刊载于科学期刊「Cell Reports」。

名词解释:

脉络恐惧学习 : contextual fear learning,指大鼠等动物,使听到声音的同时,给予电极等诱发恐惧反应的实验,则该动物会仅听到相同声音,就显现恐惧反应。此称之为线索式学习。另一方面,即使未听到声音,仅将动物放入实验相同铁笼,就显现恐惧反应,称之为脉络(恐惧)学习。

延伸阅读 :

碳水化合物与认知能力

http://scitechvista.most.gov.tw/zh-tw/Feature/C/14/14/10/1/789.htm

先天?后天?

http://scitechvista.most.gov.tw/zh-tw/Feature/C/14/14/10/1/1158.htm

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