黏合素─發育與記憶的秘密

黏合素cohesin是一種環形分子聚合物，由多個次單元構成，如Stromalin (SCC3)，在細胞分裂時，黏合素會將複製成兩倍的姊妹染色體黏住，避免過早分離。此外當DNA斷裂時，cohesin也會幫助DNA的修復。本篇Ronald Davis領導的團隊，意外地揭露了Stromalin在記憶方面扮演的角色─限制果蠅學習的速度！結果發表在<神經元Neuron>上。

蕈狀體(mushroom body)在過去的研究中，被認為是連結式學習(associative learning)的中心，當果蠅聞到氣味同時被電擊時，果蠅會將氣味和電擊做連結，變得討厭這個氣味，一聞到這個氣味就會躲開。在這樣的學習模式(learning paradigm )中，我們稱氣味為條件刺激(conditioned stimulus)，而電擊是非條件刺激(unconditioned stimulus)。在果蠅大腦中，這兩個訊息究竟是如何產生關聯的呢？過去的研究認為是多巴胺神經接收上游的懲罰或獎賞的訊息到蕈狀體，在蕈狀體做嗅覺與獎懲訊息的連結。

Ronald Davis等人，發現以RNAi (RNA干擾)的技術，調控果蠅大腦內不同腦區的神經細胞，發現當蕈狀體或多巴胺神經的Stromalin的表現量被抑制一半的時候，果蠅三小時的記憶力會有顯著的提高！而果蠅在學習的效率也會提高！而這樣的效果卻是在幼年的發育就注定了！Stromalin只影響了果蠅的三齡幼蟲，不影響其他發育時期以及成年後的表現！

而在細胞層面來看，訊息的傳遞是由上游神經細胞在胞內運輸囊泡到突觸(synapse)，當電訊號進來時，帶正電的鈉離子電流，讓細胞表面電位升高，而促使鈣離子進入胞內，鈣離子在接上囊泡上的鈣離子偵測器─synaptotagmin，最終釋放神經傳遞物質，活化下游細胞。

Ronald Davis等人發現，Stromalin的抑制並不顯著改變多巴胺神經細胞的鈣離子活性，但會增加傳遞給蕈狀體的訊息量(cAMP)，那麼究竟是如何增加傳遞的效率呢？他們發現多巴胺神經的synaptotagmin會變多，但細胞連接的synapse數量並不會改變，改變的是囊泡的數量！也就是說三齡幼蟲階段，Stromalin的存在，會抑制在每個末端囊泡的總數量而使得訊息傳遞效率變低。

從另外一方面來看，若抑制細胞囊泡的運輸蛋白UNC-104，synaptotagmin的數量會減少，記憶表現也會下降。

總結來說，作者們發現了一個發育上重要的因素，在細胞層面限制著果蠅傳遞獎懲訊息傳遞的效率，最終讓果蠅的學習記憶能力下降！

作者： 強敬哲 C. C. Charng


參考資料：
Anna Phan et al., Stromalin Constrains Memory Acquisition by Developmentally Limiting Synaptic Vesicle Pool Size. Neuron (2019)
Ethan Richman et al., Suppressing Memories by Shrinking the Vesicle Pool. Neuron (2019)