RNA的变化有助于学习和记忆

RNA携带由DNA编码的指令片段来协调蛋白质的产生，这些蛋白质将在细胞内完成工作。但是这个过程并不总是那么简单。DNA或RNA的化学修饰可以改变基因的表达，而不改变实际的基因序列。这些表观遗传或上皮细胞的变化可以影响许多生物过程，如免疫系统反应、神经系统发育、各种人类癌症甚至肥胖。

这些变化大多是通过甲基化发生的，甲基化是一种将称为甲基的化学分子添加到DNA或RNA分子中的过程。加了甲基的蛋白质叫“作者”，去了甲基的蛋白质叫“橡皮擦”。为了使甲基化产生生物学效应，必须有一种“阅读”蛋白能够识别变化并与之结合。哺乳动物中最常见的信使RNA修饰被称为N6-甲基腺苷(m6A)。在神经系统中很常见。它有助于协调几个神经功能，并通过YTH蛋白家族读取蛋白质。

在《自然》杂志发表的一项新研究中，来自芝加哥大学的科学家表明，YTHdf1是YTH家族中一个特别公认的成员，它在学习和记忆形成中起着重要作用。使用CRISPR/Cas9基因编辑工具在小鼠中敲除Ythdf1in，他们证明了它如何促进m6A修饰的信使RNA(mRNA)的反应学习活动和直接神经细胞刺激的翻译。“这项研究为我们未来理解学习和记忆打开了大门，”UCHicago的John T. Wilson化学、生物化学和分子生物学杰出服务教授、该研究的资深作者之一Chuan He博士说。“我们发现了正常和基因敲除小鼠长期记忆和学习的差异，证明m6A甲基化通过Ythdf1发挥了关键作用。”

2015年，他在Cell上发表了一项研究，展示了Ythdf1如何识别m6A修饰的mRNA，并促进其翻译成蛋白质。这项新研究进一步证明了这种翻译是如何在响应神经系统刺激时特异性增加的。

嗨，石是他实验室的一名研究生。他与来自上海科技大学和宾夕法尼亚大学的同事一起领导了这项新的研究。更多的Ythdf1 mRNA在小鼠的海马体中表达，海马体是大脑中对空间学习和记忆至关重要的部分。因此，研究人员对正常小鼠和没有Ythdf1的小鼠进行了几次实验，以测试对它们从经验中学习的能力的影响。在一个名为莫里斯水迷宫的测试空间记忆的场景中，他们使用了一个带有水下平台的水箱，老鼠可以站立以避免游泳。根据测试室中的视觉线索，老鼠几次试图知道平台在哪里。然后删除平台。正常老鼠比基因敲除老鼠更容易记住平台曾经在哪里。

研究人员还通过电击结合特定环境中的某些声音，测试了不同组小鼠的情景和听觉恐惧记忆。同样，正常小鼠比敲除小鼠表现出更好的情景记忆。在没有相关声音的情况下，他们再次被置于相同的环境中后，他们表现出恐惧反应，但在听到不同环境的声音后却没有。然而，记忆和学习缺陷是可逆的。当研究人员将携带Ythdf1的病毒注射到敲除小鼠体内时，它们在记忆和学习任务中的表现得到了显著改善。

研究人员还在实验室直接测试了培养的小鼠神经元的反应。当正常细胞受到刺激时，与Ythdf1敲除细胞中的活性相比，它们增加了新蛋白的产生。“这是一个令人兴奋的发现，表明蛋白质如何对神经元刺激做出反应，这可能有助于控制翻译，”施说。

“这是一种刺激依赖性的上调，”他补充道。“这是有道理的，因为你不想经常刺激你的神经元，只有当你有刺激的时候。”虽然目前的研究已经确定了YTHDF1的一个重要功能，但其他生物过程可能涉及许多其他功能。“这不仅限于学习和记忆。由这种刺激引起的翻译应该适用于许多其他系统，”他说。“当被感染时，或者当细胞移动到身体的不同部位时，已知相同的m6A修饰在免疫系统中发挥作用。因此，我认为这是一个笼统的概念。”

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