意想不到的机制使CaMKII能够解码大脑中的钙信号

在一个联系日益紧密的世界里，笔译员和口译员在交流思想和信息方面发挥着关键作用。它们的重要目的是准确地将意义从一种语言转移到另一种语言。如今，几乎每一个现代行业都对口译员至关重要。但是你知道你的大脑也需要它们吗？

虽然不是传统意义上的，但大脑中的细胞正在以各种语言积极传递信息和相互交流。神经元使用神经递质、分子和电信号来说话。为了正确理解对方，大脑中的细胞需要精通翻译技巧。专注于大脑独特的语言，这种特殊的蛋白质准确地解读输入的信息，并将其从一个神经元准确地传递到下一个神经元。

大脑中一种重要的翻译称为钙/钙调蛋白依赖蛋白激酶(CaMKII)，在学习和记忆过程中起着关键作用。当我们学习新技能或形成记忆时，被称为突触的神经元之间的交流位点会动态变化。随着突触的反复激活，钙信号开始复杂的级联反应，导致神经元连接强度的持久变化。这个被称为突触可塑性的过程被认为是学习和记忆的基础。CaMKII在可塑性中起着重要作用，可塑性解释了钙信号，并将其转化为有助于编码记忆的持久变化。但这一过程背后的确切机制仍然难以捉摸。

《自然通讯》杂志最近发表了一项新的研究，该研究由MPFI科学部主任永田亮平博士完成，揭示了一种意想不到的机制，这种机制使CaMKII能够解码和翻译大脑中的钙信号。利用先进的成像技术和新的生物传感器，Yasuda和他的团队在单突触水平上揭示了CaMKII活动的新见解。

为了研究CaMKII在突触可塑性中的作用，该团队开发了一种新的传感器，可以解决蛋白质两种不同形式的活动。第一个传感器camkia-CaM报告说，CaMKII活动依赖于它与钙调素(CaM)的关联。一种调节钙和CaMKII结合的蛋白质。第二个传感器，Camui，报告了CaMKII的全部激活，包括CaMKII经历自磷酸化时的CaM依赖和CaM独立活动。

使用双光子显微镜和谷氨酸解锁来模拟单个突触的可塑性，研究小组使用他们新设计的传感器来研究神经元中不同形式的CaMKII活动。此前，人们认为CaMKII主要通过其依赖CaM的活动解码钙信号，但MPFI的科学家发现情况可能并非如此。使用CamKi-CaM传感器，他们注意到CAm依赖性活动快速但轻微增加，当突触中诱导钙脉冲时迅速稳定。随着钙脉冲的持续，神经元内camkia-CaM的活性没有进一步增加。相比之下，Camui传感器显示出更强的活性和逐渐激活。钙脉冲数的增加与CaMKII活性的增加直接相关。

有趣的是，这些结果表明，在突触水平上，CaMKII的活动主要由其自主激活驱动，在很小程度上由其与CaM的相互作用驱动。此外，这些发现揭示了CaMKII的自主活动负责响应和解释突触可塑性过程中的钙信号语言。

“CaMKII已成为突触可塑性的一个非常重要的参与者，但由于其复杂的激活特性，其活动的工作模式难以实现。”Yasuda指出，“有了我们的新传感器收集的新见解，我们现在可以提出一个与我们的实验数据一致的模型；扩大我们对分子对记忆贡献的理解。”

标签：