負責運動學習的蛋白質

Posted on 2015/05/05 in 動物組織器官, 新知, 生命科學, 科技報導, 組織與生理 with 沒有迴響 5,248 views

負責運動學習的蛋白質 (The protein to determine the motor learning)
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

人類腦內存在1000億個以上的神經細胞，神經細胞間形成「突觸(synapse)」建構神經迴路網絡。出生後初期，神經細胞會先發展過剩的突觸，形成未成熟的神經迴路，隨著成長，一方面強化必要的神經迴路，另一方面則漸漸除去非必要的突觸，該過程稱之為「突觸修剪(synapse pruning」。以往的研究已證實，突觸修剪為發生於腦內各部位的普遍現象，並認為經突觸修剪後的神經迴路，負責記憶及學習相關的高階神經機能。

運動技能或樂器演奏等需要反覆練習才能學會的「運動記憶與學習」，是由小腦負責。小腦下方-延腦的「內橄欖巢(inferior olivary nucleus)」神經細胞延伸出的攀爬纖維(climbing fibers)，與小腦Purkinje神經細胞間形成攀爬纖維突觸。攀爬纖維藉由小腦引發運動學習訊號( signal)來運作。出生後不久Purkinje神經細胞，雖會形成數條攀爬纖維與突觸，但隨著發育，攀爬纖維之間會出現強弱差異，最終，弱的攀爬纖維及突觸經修剪去除，剩餘一條最強的攀爬纖維所形成的突觸能贏得勝利。此類攀爬纖維突觸修剪有障礙的基改小鼠，運動記憶與學習能力明顯衰退，但修剪過程如何發生，仍有許多不明之處。

（圖片來源 : http://www.jst.go.jp/pr/announce/20150122/index.html）

因此日本慶應義塾大學的研究團隊，使用小腦的攀爬纖維突觸之修剪現象為模式，嘗試解開神經迴路的形成機制。近年研究已瞭解免疫系統的補體C1q類似蛋白質，與神經細胞形成及突觸的去除有關，因此他們以內橄欖巢神經細胞所釋放的蛋白質C1ql1為解析重點。

研究團隊首先製作C1ql1基因缺損小鼠，觀察攀爬纖維突觸的修剪過程。野生型小鼠在一條強健攀爬纖維受到強化的同時，也修剪弱化的攀爬纖維。但C1ql1缺損小鼠，則未強化強健攀爬纖維，其它弱化攀爬纖維突觸的修剪機能也受阻。另發現攀爬纖維所分泌的C1ql1，會與Purkinje神經細胞的受器Bai3 (brain-specific angiogenesis inhibitor 3)相結合。

Bai3基因缺損或C1ql1- Bai3結合障礙的小鼠，攀爬纖維突觸的修剪過程也會受到阻礙。在C1ql1或Bai3缺損小鼠，小腦神經迴路的運動學習(motor learning)機能，出現顯著低下。即使成熟野生型小鼠，若去除C1ql1或Bai3，也會喪失攀爬纖維突觸，顯示C1ql1- Bai3訊息傳遞，對成熟小鼠維持攀爬纖維突觸機能，有其必要性。

以上的研究顯示，C1ql1- Bai3訊息傳遞，不僅對小腦發育時，特定攀爬纖維的強化或修剪有其必要性，即使個體成熟後，也對神經迴路的維持及運動技能學習的控制，扮演重要的角色。該成果於2015年1月刊載科學期刊「Neuron」。

名詞解釋

1 .突觸 : 神經細胞間的交接處。突觸前端的神經細胞釋放麩胺酸(glutamic acid)等神經傳導物質，由突觸後端的神經細胞接收後，傳達訊息。突觸被認為是記憶與學習形成的場所。

2. 記憶與學習 : 記憶可分為可用言語表達的陳述性記憶(declarative memory)，以及無法使用言語表達的程序性記憶(procedural memory)，運動有關的記憶屬於後者。

3. 攀爬纖維突觸 : 延腦的內橄欖巢所投射之攀爬纖維，會與小腦的Purkinje神經細胞相接，形成興奮性突觸。

延伸閱讀

1.刺激影響神經纖維發育方向

http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=52196

2.探索神經奧祕解開傳遞密碼–尤納思教授

http://scitechvista.nsc.gov.tw/zh-tw/Articles/C/12/12/10/1/1148.htm

參考文獻

http://www.cell.com/neuron/pdf/S0896-6273(14)01101-5.pdf