研究發(fā)現(xiàn)，組蛋白乙酰化、轉(zhuǎn)錄因子動態(tài)參與大腦發(fā)育過程中的基因表達

沒有人是一座孤島，也沒有神經(jīng)元是一座孤島:大腦需要腦細胞之間錯綜復(fù)雜的聯(lián)系才能正確地完成工作。現(xiàn)在，來自日本的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種基本機制，可以讓神經(jīng)元知道何時以及如何形成這些連接。

在最近發(fā)表在《Cell Reports》上的一項研究中，大阪大學(xué)和深圳灣實驗室的研究人員揭示了人類腦細胞中與學(xué)習(xí)和記憶有關(guān)的蛋白質(zhì)的行為，這項研究名為“CBP預(yù)先確定的基因位點上的重復(fù)CREB-DNA相互作用誘導(dǎo)了人類皮層神經(jīng)元中活性依賴性基因的表達”。

在發(fā)育中的大腦中，神經(jīng)元活動刺激了腦細胞生長和形成連接所需的基因的表達。如果這個過程被打亂，發(fā)育和精神疾病就會發(fā)展。

“轉(zhuǎn)錄因子cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(CREB)是大腦學(xué)習(xí)和形成記憶所必需的，”該研究的主要作者Yuri Atsumi說。“雖然已知CREB和CREB結(jié)合蛋白(CBP)相互作用以刺激發(fā)育中的大腦中的基因表達，但尚不清楚神經(jīng)元活動如何影響這種相互作用。”

為了探索這一點，研究人員使用了一種稱為單分子成像的復(fù)雜顯微鏡技術(shù)來跟蹤人類腦細胞中CREB和CBP的運動。

“結(jié)果非常清楚，”共同資深作者Noriyuki Sugo解釋說。“我們發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元活動顯著增加了CREB和DNA之間以及CREB和CBP之間的重復(fù)、長期相互作用。”

這些相互作用吸引了激活基因表達的RNA聚合酶II。此外，研究人員發(fā)現(xiàn)CREB與DNA相互作用以促進基因表達的位點需要CBP介導(dǎo)的事先乙酰化。

共同資深作者Nobuhiko Yamamoto說:“這些發(fā)現(xiàn)不僅闡明了大腦發(fā)育中學(xué)習(xí)和記憶的機制，還為精神疾病的發(fā)展提供了新的見解。”

考慮到CBP是一種可以導(dǎo)致魯賓斯坦-泰比綜合征的基因，患者表現(xiàn)出智力遲鈍和智力殘疾，CBP蛋白的失活可以幫助解釋這種疾病是如何發(fā)展的。在三維類腦模型中進一步探索CREB-CBP相互作用可以進一步了解本研究中觀察到的神經(jīng)元活動的影響。

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