發育階段蛋白質α-chimaerin影響未來學習能力

Posted on 2014/10/17 in 新知, 生命科學, 生物科學與醫藥, 科技報導 with 沒有迴響 1,209 views

發育階段蛋白質α-chimaerin影響未來學習能力
(Protein function in development adjusts cognitive ability in adulthood)
國立臺灣大學生命科學系范姜文榮編譯/國立臺灣師範大學生命科學系李冠群副教授責任編輯

編譯來源：学習能力の発達を調節するタンパク質を発見！

(圖片來源：tpsdave@pixabay)

人腦內具有1000億個以上神經細胞，透過神經突起(nerve fibers)的延伸，互相連結而形成神經迴路，執行記憶、學習、思考、判斷、及語言等高層次機能。神經迴路在發育成長期密集生成，在發育為成人後，形成大腦機能運作。但神經迴路，以何種結構存在、與那些分子相關，仍不甚瞭解。

因此日本國立遺傳學研究所等研究團隊，延續先前研究，關注GTP酶活化蛋白質α-chimaerin，解析它對大腦機能產生的影響。α-chimaerin可分為α1型(α1-chimaerin)與α2型(α2-chimaerin)，正常大鼠的腦部，成長期(出生後至2~3週左右為止)會強烈基因表現α2型；成體後，則強烈基因表現α1型。因此製作針對蛋白質α-chimaerin的全身基因剔除(gene knockout)和部分基因剔除、亦即僅大腦海馬迴部位基因剔除，以及成熟個體基因剔除等數種型式的基因改變大鼠，進行各種行為觀察實驗。

不僅行走模式異常，活動量、學習能力均提升

實驗結果發現，在α-chimaerin全身基因剔除(兩種型式α-chimaerin都未運作)的大鼠，會出現異常的行走模式，經常不斷繞行鼠籠。於長達一週的觀測中，發現不論晝夜，其活動量都大約是正常大鼠的20倍，顯示α-chimaerin具有調節動物活動量的機能。另發現此大鼠，與大腦海馬迴相關的「脈絡恐懼學習(contextual fear learning)」機能也提升。

成長期α2-chimaerin，調節學習能力

藉由各種α-chimaerin基因剔除大鼠的實驗發現，α1與α2兩種基因皆剔除者、與僅α2基因剔除者，會出現行走模式異常、活動量上升，以及學習能力提升。在僅α1基因剔除的大鼠身上，這些行為卻都與正常無異。另外，僅海馬迴部位的基因剔除大鼠，不論是α1與α2兩者、或僅α2基因剔除的情況，大鼠的行走或活動量都是普通的正常情況，僅學習能力提升。進一步發現，以相同方式去處理成熟個體，則都未觀察到學習能力的提升。以上結果發現，α-chimaerin與學習等高層次機能的調節有關，特別是成長期α2-chimaerin的運作，會影響成熟個體的學習能力，顯示α2-chimaerin是學習能力的關鍵所在。

與健康人類的個體差異有關聯

因為人腦也有蛋白質α-chimaerin，所以進一步以健康人類為對象，分析α-chimaerin基因類型與人格或能力等的相關性。對受試者進行各種測驗，解析成績與α-chimaerin基因類型的關係。結果發現，調控α2-chimaerin基因的緊鄰基因表現，在特定類型的人身上，能觀察到其個性或氣質具有特定傾向，如計算能力較高、以及自閉症傾向明顯。顯示α2-chimaerin與人腦機能的個體差異有關聯。

以上實驗結果顯示，蛋白質α-chimaerin有許多認知或學習相關功能，在發育成長期的運作，會影響成熟個體的學習機能，並與人類大腦機能的個體差異有關。該研究成果對人類認知或學習障礙的機制探索有所助益，其研究成果2014年9月刊載於科學期刊「Cell Reports」。

名詞解釋：

脈絡恐懼學習 : contextual fear learning，指大鼠等動物，使聽到聲音的同時，給予電極等誘發恐懼反應的實驗，則該動物會僅聽到相同聲音，就顯現恐懼反應。此稱之為線索式學習。另一方面，即使未聽到聲音，僅將動物放入實驗相同鐵籠，就顯現恐懼反應，稱之為脈絡(恐懼)學習。