能量平衡的有效管理是生存所必需的。雖然已知在糧食短缺的情況下,大腦會(hui) 優(you) 先考慮能量分配,但科學家並不知道大腦本身是否也會(hui) 采取節能措施。某些類型的記憶(LTM)的形成需要能量密集型蛋白質合成,同時兩(liang) 項新的研究顯示了在食物短缺的前提下,LTM在黑腹果蠅的大腦中是如何形成的。
這兩(liang) 項研究都使用了一種在嗅覺記憶形成中關(guan) 聯的調節範式,即果蠅被訓練將一種氣味與(yu) 一種刺激起來。“反感”LTM(即一種氣味與(yu) 反感刺激之間的的形成)的形成需要多重的間隔訓練(spLTM),而“食欲”LTM(即一種氣味與(yu) 糖之間的的形成)的形成能夠被建立在饑餓的果蠅的單一訓練的基礎上。反感鞏固的記憶能夠被分為(wei) 兩(liang) 種不同的類型:麻醉抵抗記憶(ARM)是由連續進行的訓練形成的(也就是說,沒有休息時間),而它是不依賴於(yu) 蛋白質合成的,反之spLTM則是依賴於(yu) 蛋白質合成的。
crammer(cer)和tequila(Teq)突變破壞了spLTM,但不影響ARM。Placais和Preat發現,cer和Teq突變果蠅在能夠形成鞏固記憶的間隔訓練之前和之後會(hui) 饑餓。然而,盡管蛋白質合成抑製劑環己酰亞(ya) 胺的預處理減少了暴露在間隔訓練之下hth体育下载地址的喂養(yang) 的野生型果蠅的記憶形成,但對於(yu) 饑餓的果蠅卻沒有影響。總體(ti) 來看,這些發現表明,在減少食物供應的情況下,通過將記憶鞏固機製指向較少能量消耗的ARM能夠使果蠅提高它們(men) 的生存幾率。
隨後刺激了特定的多巴胺神經元,它們(men) 的同步振蕩活動已知能夠驅動spLTM鞏固。迫使挨餓果蠅形成LTM而非ARM,縮短了存活周期大約達/3,進一步支持了當食物可利用性受到嚴(yan) 格限製時,一種LTM到ARM開關(guan) 的促生存作用。
對食欲與(yu) 反感LTM背後的分子機製的洞察則是Hirano等人的研究成果。在他們(men) 的試驗中,果蠅在訓練之前被進行了適度的禁食,並在訓練結束後進行了喂食。他們(men) 發現,盡管多重間隔訓練之前的禁食對於(yu) 反感spLTM的形成並沒有什麽(me) 影響,但在一個(ge) 反感單一訓練之前的輕度禁食卻提高了LTM的形成(fLTM)。重要的是,在訓練之後的食物供給是形成這兩(liang) 種類型LTM所必須的。
環腺苷酸AMP(cAMP)激活響應要素結合蛋白質(CREB)與(yu) 反感LTM有關(guan) ,並且作者發現,禁食在蕈狀體(ti) 神 經元中激活了CREB共活化劑CREB調節轉錄共活化劑(CRTC)。相反地,幹擾另一種CREB聯合共活化劑——CREB結合蛋白質——的活性,減少了spLTM而非fLTM。
阻礙CRTC的活性抑製了反感fLTM,但對於(yu) spLTM並沒有影響。此外,活性CRTC在暴露於(yu) 一種單一訓練的果蠅中的表達導致了反感fLTM(而非spLTM)的形成,這意味著CRTC足以產(chan) 生fLTM,即便在不存在禁食的情況下也是如此。
CRTC磷酸化作用被胰島素信號所調節。在單一訓練後,缺乏胰島素信號的果蠅表現出了增高的依賴於(yu) CRTC的LTM,這意味著一種fLTM形成的可能機製,即禁食減少了胰島素信號,進而導致了CRTC和CREB的活化,以及蛋白質合成調節LTM的活化。
總而言之,這兩(liang) 項研究表明,在減少食物可利用性的不同條件下,果蠅的大腦通過改變形成LTM的機製加以響應;隻有在訓練前適度的饑餓能夠使CRTC促進LTM的形成,並且在訓練前後嚴(yan) 重的饑餓將LTM變成了ARM。
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