研究核心发现 - 科学家首次实时观测到关键脑酶CaMKII如何自组织以帮助记忆形成 其研究揭示该酶形成混合α/β亚基结构 其相互作用稳定了神经元中与学习相关的信号[1] - CaMKII是大脑中负责学习与记忆的最重要酶之一 它像分子开关一样工作 通过重组和激活突触内的分子来加强神经细胞间的连接 即突触可塑性过程[2] - CaMKII由12个蛋白质亚基排列成环状组成 α和β两种亚基在大脑不同区域以不同比例混合 两者间的精确平衡对记忆形成至关重要[3] 研究方法与技术 - 研究团队使用高速原子力显微镜在单分子水平拍摄了CaMKII的动态运动 图像显示α和β亚基在12单元环中以3:1的比例混合 这与哺乳动物前脑中的天然组成高度匹配[4] - 研究发现β亚基更倾向于彼此相邻 其相邻概率为83% 在酶的环状结构内形成小簇[5] - 研究人员结合了高速原子力显微镜 生化测定以及AlphaFold3建模等先进结构生物学和生物化学技术 揭示了CaMKII亚基如何稳定活性状态并帮助维持作为学习细胞基础的长时程增强的结构记忆[9] 分子机制细节 - 当酶被钙和钙调蛋白激活后 相邻的β亚基形成稳定的“激酶结构域复合物” 并能持续存在较长时间[6] - 该结构降低了酶的整体催化活性 但维持了一个可以继续与其他蛋白质相互作用的开放表面 使得即使初始钙信号消退后 与记忆相关的信号传导仍能持续[6] - β亚基像锚一样将酶固定在支持记忆的活性构型中[7] 研究意义与未来方向 - 该发现为记忆的分子结构提供了新见解 并为研究CaMKII的突变或亚基失衡如何导致神经和精神疾病开辟了可能性[8] - 团队计划扩展其高速原子力显微镜研究 以观察CaMKII如何与肌动蛋白丝和NMDA受体等突触受体相互作用 这些受体将酶的活性与神经元形态和连接性的变化联系起来[8]