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在能量紧张的时候,大脑会求助于应急发电机

以线虫为研究对象,对test test神经元“应急能量发生器”的形成进行了荧光标记。(科隆-拉莫斯实验室提供)

人类的大脑只占我们体重的2%,但却利用身体20%的能量预算来为神经元之间的交流提供能量。紧张的环境会对这种能量供应造成压力,这种代谢状态的破坏,即使是短暂的,也会严重破坏大脑的认知功能。

在研究秀丽隐杆线虫的过程中,耶鲁大学的研究人员发现了一种紧急的“能量发生器”,它能在能量紧张时迅速地聚集起来,为突触功能提供能量。

细胞生物学和神经科学副教授、《神经元》(Neuron)杂志资深作者丹尼尔·科隆-拉莫斯(Daniel Colon-Ramos)表示:“神经元的能量需求在不断变化,这些需求需要在局部得到满足。”

神经元的活动会引起突触(神经元之间的接触点和通讯点)能量需求的变化。这些能量需求必须在局部得到满足,以维持突触功能和大脑活动。主要的能源来源是被称为线粒体的微小细胞“发电厂”,它们穿梭于周围以满足当地的能源需求。然而,有时甚至线粒体也无法跟上神经元能量需求的变化。

研究人员发现,糖酵解蛋白是存在于所有活细胞中的古老酶,它们协同产生能量。

这些被称为糖酵解代谢产物的生成器的存在已经被假设了几十年,但从未在活体或神经元中观察到。与线粒体不同的是,糖酵解代谢子的成分是细胞质的,这意味着它们分散在整个细胞中。线粒体的所有能产生能量的成分都整齐地排列在稳定的结构中。

Colon-Ramos说:“在所有动物的神经系统中,信息在神经系统中的流动是有代价的,而货币就是能量。”“我们认为糖酵解代谢产物是一种自我组装的能量发生器,它允许神经元在需要的时候、在需要的地方产生能量,在灯熄灭之前为神经功能提供能量。”

耶鲁大学的张秀丽(SoRi Jang)和宾夕法尼亚大学(University of Pennsylvania)博士后杰西卡c纳尔逊(Jessica C. Nelson)是这篇论文的共同第一作者。

这项研究的主要资金来自美国国立卫生研究院。