Neuron封面故事：為何大腦反應如此快？神經元：我有特別的轉錄技巧

我們的大腦不僅是人體最複雜的器官，同時也是最靈活的。學習、記憶等過程依賴於神經元結構和功能的可塑性。那麼，大腦中的神經元如何在非常短的時間內對刺激作出相應並調整其功能呢？

近日，來自巴塞爾大學的一研究表明，大腦神經元可以儲存RNA分子，以便對刺激做出快速反應。這種存儲顯著加速了蛋白質的生產。這或許可以解釋為何大腦神經元可以在學習過程中快速適應。該研究發表於12月21日的Neuron期刊上。

1分鐘看完研究重點

1. PolyA+轉錄物（未成熟的RNA）可以穩定地保留某些內含子並被限制在細胞核中。

2.這些保留內含子的RNA在神經元活化時被快速剪接。

3.剪接的轉錄物被輸出到細胞質中並載入到核糖體上。

4.激活誘導的內含子切除過程需要NMDAR和CaMK通路。

Peter Scheiffele教授的研究小組發現，神經元在細胞核中儲存RNA分子。這些RNA分子是翻譯新的蛋白質的模板。在神經元被刺激後，存儲的RNA分子被動員以調節神經元的功能。 RNA合成，即DNA轉錄的過程非常緩慢，特別是對於大基因。因此，這種新發現的動員存儲的RNA的機制節省了時間，並為大腦在學習過程中的快速適應提供了新見解。

模式圖

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RNA保留部分內含子儲存在細胞核中

我們知道，DNA轉錄而成RNA是翻譯合成蛋白質的模板，轉錄過程尤其複雜。DNA在轉錄為RNA後，不僅需要經過一系列修飾，還要切除內含子，才能形成用於生產特定蛋白質的最終模板。這個過程稱為RNA剪接。

到目前為止，人們普遍認為神經元在受到刺激會觸發新的RNA分子的合成完整過程。然而，Peter Scheiffele的團隊發現大腦中的神經元會預先生產出某些僅部分剪接的未成熟的RNA拷貝。這些RNA分子仍然含有一些內含子，並存儲在細胞核中。由神經元刺激誘導的下游信號觸發未成熟RNA分子完成剪接。第一作者Oriane Mauger解釋說：「DNA的轉錄過程，已經由神經元提前完成，因此，成熟的RNA分子可以在幾分鐘內生成。

本期Neuron封面

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儲存RNA可大大節省時間

對於大基因，初始的RNA的產生就需要幾十個小時。 「事實上，可利用的RNA分子能夠以不成熟的形式保存，後續只需要完成修飾過程，這將整個過程縮短到幾分鐘」，Mauger說， 「由於轉錄是非常耗時的，RNA的儲存意味著時間將大大節省，這使神經元能夠快速適應其功能。

「這項研究揭示了一種全新的大腦調節機制，」Scheiffele說， 「這些結果使我們進一步解釋神經元如何誘導快速可塑化過程。

參考文獻：

Targeted Intron Retention and Excision for Rapid Gene Regulation in Response to Neuronal Activity

Store and supply: How the brain saves time