科學家發現鈣離子的新功能

07-17

眾所周知，鈣元素對我們的骨骼與牙齒至關重要。但它在神經元中的作用——尤其是學習和記憶過程中的作用並不明確。

近日，來自斯克里普斯研究所佛羅里達州校區（TSRI）的研究團隊在發表在Cell Reports上的一項研究對鈣離子的作用提出了新觀點，他們認為線粒體中的鈣離子可以影響大腦發育和成年的認知能力。

研究小組用果蠅進行了這項實驗，在阻斷線粒體的鈣通道，使鈣離子不能進入線粒體後，果蠅出現了記憶障礙，但是沒有改變學習能力。

本研究發現，在發育過程中抑制果蠅蘑菇體（蘑菇體是昆蟲大腦的主要結構和最高級中樞）神經元的線粒體鈣攝取過程會損傷果蠅記憶力，但不改變學習能力。此外，神經元結構和突觸囊泡濃度也會發生改變。

研究人員發現，完整的單向轉運體對於成年果蠅記憶的完整性是必須的。不過，令人驚訝的是，雖然它們在在阻斷鈣通道後只有短暫記憶，卻仍然可以學習。

線粒體在調控細胞內的鈣離子信號過程中扮演著重要角色。許多研究都表明線粒體對鈣離子的調控影響著細胞生理的多個方面，包括代謝、細胞存活和自噬。

線粒體鈣攝取（MCE）被一個大分子複合物介導。後者由一種能夠形成孔隙的亞基——線粒體鈣單向轉運體（MCU）組成，它在2011首次發現，可以使細胞內的鈣離子進入線粒體。同時，MCU還被其他幾種蛋白調控，分別是MICU1、 MICU2和EMRE。其中，已經有研究表明MICU1突變人群會表現出學習障礙。

線粒體鈣單向轉運體複合物模式圖，包括MCU，EMRE， MICU1，和MICU2。複合物位於線粒體內膜上，它介導鈣離子從膜間隙進入基質。

研究結果表明，在神經發育過程中抑制線粒體鈣單向轉運體功能導致了成年果蠅突觸囊泡含量減少（這些細胞內的囊泡儲存著各種各樣的神經遞質）以及神經元軸突增長。

雖然研究人員觀察到了這些現象，但是突觸囊泡減少的具體機制仍然不清楚。他們認為這是一項非常有趣的發現，並且值得進一步探索。

本文編譯自The Scripps Research Institute網站，原標題：「Scripps Florida Scientists Shed New Light on the Role of Calcium in Learning and Memory」