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近日，一篇發表在國際雜志Science上題為“SynGAP regulates synaptic plasticity and cognition independently of its catalytic activity”的研究報告中，來自約翰霍普金斯大學醫學院等機構的科學家們通過研究識別出了一種能控制哺乳動物(包括小鼠和人類)記憶和學習能力的特殊DNA序列(SYNGAP1基因)的新功能。

相關研究結果或會影響為攜帶SYNGAP1突變的兒童設計的新型療法的開發，這類兒童往往患有一系列以智力殘疾、自閉癥樣行為和癲癇行為為特征的神經發育障礙。一般而言，SYNGAP1和其它基因一樣，能通過制造調節突觸(腦細胞之間的連接)強度的蛋白質來控制機體的學習和記憶能力。>>>商務洽談，點此處，在線咨詢

此前研究人員發現，SYNGAP1基因被認為只能通過編碼一種類似于酶類的蛋白質來發揮作用，這種蛋白質能調節導致突觸強度改變的化學反應。如今研究人員通過在小鼠機體中進行實驗后發現，該基因所編碼的蛋白質或許會像支架蛋白一樣發揮作用，其能調節突觸的可塑性，或者突觸會隨著時間延續而變得更強或更弱，這并不依賴于其酶活性，SynGAP蛋白似乎發揮著交通管理器的角色指導突觸中的大腦蛋白質。

研究者Richard Huganir教授及其團隊于1998年首次分離到了SYNGAP1基因，SynGAP蛋白在突觸中非常豐富，長期以來研究人員認為其主要作用是引發調節突觸強度的酶化學反應，但當對SynGAP蛋白進行研究后，研究人員開始觀察到，SynGAP蛋白在與主要的突觸支架蛋白PSD-95相互作用時就會具有一種奇怪的特性，其會轉變成液滴狀，對于酶類蛋白而言，這種結構的轉變是不尋常的。為了闡明并理解SynGAP發生特殊液體轉化的目的，研究人員對神經元進行實驗，在SYNGAP1基因中所謂的GAP結構域中插入了突變，這種突變在不影響蛋白質結構的情況下會移除SynGAP的酶功能，隨后研究者發現，即使沒有酶類活性，突觸也能正常發揮作用。

這就表明，結構特性本身對于SynGAP的功能而言尤為重要。接下來研究人員在小鼠機體中進行了相同的遺傳工程化修飾——移除SynGAP的酶功能，結果發現了相似的結果，突觸的行為會變得正常，并且具有良好的可塑性，小鼠在學習和記憶行為上也不會表現出困難，這就表明，SynGAP的結構特性足以維持機體正常的認知行為。

科學家識別出所有哺乳動物腦細胞共有的學習和記憶基因的新型調節功能

圖片來源：Science (2024). DOI:10.1126/science.adk1291

為了理解SynGAP的結構如何調節突觸，研究人員更仔細地分析了SynGAP，結果發現，SynGAP蛋白能與AMPA受體/TARP復合體(一捆能增強突觸的神經遞質蛋白)和PSD-95支架蛋白的結合進行競爭。實驗結果表明，在靜止狀態下，SynGAP能僅僅結合PSD-95，從而不允許其與突觸中的其它任何蛋白結合。

然而，在突觸可塑性、學習和記憶過程中，SynGAP蛋白就能與PSD-95斷開連接，并離開突觸從而允許神經遞質受體復合體與PSD-95結合，這就會促使突觸功能增強并增強腦細胞間的信號傳遞。研究者Huganir說道，這一序列會在沒有SynGAP的典型催化活性下發生，相反，當SynGAP與PSD-95結合時就會對其進行束縛，但當SynGAP離開突觸時，PSD-95就會與AMPA受體/TARP復合體結合。在攜帶SynGAP突變的患兒中，大約一半的SynGAP蛋白都位于突觸中，由于SynGAP蛋白的水平較低，PSD-95就會與更多的AMPA受體/TARP復合體結合，并改變神經元的連接，在SynGAP突變患兒中產生常見的癲癇發作的腦細胞活性增加的特征。

研究者表示，SynGAP的兩種功能(酶活性和支架蛋白的“交通管理”作用)如今對于尋找治療SynGAP相關神經發育障礙的治療方法非常重要。而僅僅靶向作用SynGAP的其中一種功能或許并不足以產生重大影響。綜上，本文研究結果對于開發治療SYNGAP1相關神經發育障礙的新型療法或具有重大意義。

來源：生物谷

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