腦細胞，也稱為神經元，由細胞體和神經突組成。神經突又分樹突和軸突兩種。軸突很長，所以神經元是具有長分支的複雜的專門細胞。神經元在分支的特定位置構建蛋白質，以便可以形成新的突起，控制它們的移動方向並與其他神經元建立連接。這個結構在大腦發育過程中尤其重要，可以幫助不同類型的神經元在更廣泛的大腦組織中找到自己的位置。構建成千上萬種不同類型有用蛋白質的遺傳藍圖，以mRNA的形式連續地在細胞分支周圍移動，構成從DNA複製的遺傳信息。
神經元是動物細胞中最長的一種，如何在正確的時間將正確的基因藍圖傳遞到正確的位置，科學家們一直在解決這個懸而未決的問題。過去認為，它們是由驅動蛋白，一種長有兩英尺的細長蛋白，行走到目標目的地運輸的，但是沒有直接的證據證明這一點。每個活細胞都有一個自組的「高速公路」網絡，可將大分子材料從一側轉移到另一側。不同的「運載車輛」運送數千種不同的貨物，其中驅動蛋白是最常見的類型。
今天發表在《科學進展》上的研究為認知神經元的形狀、生長和運動的分子機制提供了新的思路。這是科學家首次揭示大腦如何在細胞內傳遞遺傳密碼，這一過程被認為對於長期記憶的生成與發展至關重要。
巴塞隆納基因組監管中心（CRG）的科學家發現，一種叫做KIF3A/B的驅動蛋白可以轉運mRNA，使用另一種稱為APC（ Adenomatous Polyposis Coli）的蛋白，作為結合驅動蛋白和mRNA的銜接。蛋白質運輸至少有兩種編碼微管蛋白和肌動蛋白的mRNA，這是神經元用來構建其細胞骨架的兩種蛋白質。這對於塑造細胞至關重要，以便它可以與其他神經元形成新的連接。
如上圖所示，沿神經元自組裝公路運輸kinesin-2的mRNA-蛋白質複合物的圖形表示。運輸綜合體讀取的mNRA定位信號以大寫G表示。
在上面攝像中，帶有完整定位信號的一到四個黃色螢光標記的mRNA的包裝在安裝在顯微鏡上的微腔中組裝的微管上移動。藍色mRNA具有突變的定位信號，運輸機械無法識別。
mRNA，英文：messenger RNA，指信使核糖核酸，是由DNA經由轉錄而來，攜帶相應的遺傳訊息，為下一步轉錄成蛋白質提供所需的訊息。
該發現令人感興趣的是，mRNA在記憶的存儲和形成中起關鍵作用。先前的研究表明，編碼蛋白質β-肌動蛋白的mRNA持續沿著兩個神經元之間的突觸移動。當突觸反覆接收信號時，mRNA會被用於製造β-肌動蛋白，這對於加強突觸和加強兩個神經元之間的附著非常重要。反覆刺激突觸會不斷增強連接，這被認為是記憶的形成方式。
研究人員說。「西班牙神經科學家聖地牙哥·卡哈爾（Santiago Cajal）曾經首先提出，我們的大腦通過增強神經突觸，改變形狀來保存記憶，從而使腦細胞能夠牢牢地相互抓住並更有效地傳導信號，」 「一個多世紀以後，我們正在描述一種可能的機制來證明他的理論。」
mRNA跨越相對遠的距離，它們穿過40微米長的微管道路網絡。典型的神經元是該長度的十倍。如下面攝像所示，自動跟蹤運輸的RNA顯示了在同一包裝中的運輸速度和運輸的mRNA數量。
研究人員使用試管中的純組分合成了細胞自組裝的「高速公路」，從而揭示了各個構件的功能以及它們如何共同運輸mRNA。對神經元mRNA的運輸很重要的純化蛋白用不同的螢光染料標記，並在高靈敏度顯微鏡下進行了研究，該顯微鏡可以檢測單個分子的快速運動。
研究人員發現，mRNA及其銜接子APC會開啟驅動蛋白的激活。轉運的mRNA具有特殊的定位信號，該信號控制將不同的mRNA加載到驅動蛋白上的效率。即使對該信號進行了微小改變，也影響了mRNA到達其目標目的地的過程，這表明腦細胞發展出了複雜的機制來控制數千種不同信息的傳遞。當不運載「貨物」時，驅動蛋白轉移到節能模式以節省燃料，直到下一次工作為止。
研究人員說：「找到運輸mRNA所需的確切媒介就像在大海撈針中尋找針頭，這就是為什麼大多數人認為這是不可能的。」 「我們將繼續研究構成神經元複雜後勤網絡的運輸系統。了解腦細胞發育的分子機制對於抵抗痴呆症和神經性疾病等全球性的挑戰至關重要。」
參考："A reconstituted mammalian APC-kinesin complex selectively transports defined packages of axonal mRNAs"Science Advances (2020). advances.sciencemag.org/content/6/11/eaaz1588