学习记忆分子生物学机制的最新理论研究综述

遗传学和分子生物等技术的快速发展,直接影响到了基因水平对构成学习记忆分子机制。目前,有关学习记忆的分子生物学研究仍是一个热点话题,从学习记忆的分子生物学分析,长时记忆中突触传递的长时程增强(LTP)和长时抑制(LTD)在学习记忆中个扮演着重要的角色,本文就对这一重要角色在学习记忆分子生物学中的作用进行详细解析。     

长时程突触可塑性中的突触标识

神经元长时程突触可塑性是学习和记忆的基础,神经元长时程突触可塑性的维持依赖于基因的转录和蛋白质合成.然而,这些转录产物和新合成的蛋白质是如何从胞体运输到突触点,还不甚清楚.近年来的研究显示,当长时程突触可塑性发生时,被激活的突触能通过建立突触标记(synaptic tag)来识别、捕捉和利用其所需要的基因产物,以维持突触可塑性的长时程变化.这一过程或现象被称为突触标识(synaptic tagging).本文就近年来突触标识的研究进展作一概述.     

Ca2+及其信号转导途径与长时程增强的关系

Ca2 作为信号转导过程中的第二信使,参与机体的各种反应,尤其在神经突触可塑性方面,突触前后Ca2 浓度的变化发挥了重要的信息传递作用.Ca2 在长时程增强(long-term potentiation,LTP)过程中也发挥重要作用.它不仅是LTP产生的触发器,而且能通过激活下游的蛋白激酶、磷酸化ERK,以及活化即刻早期基因(IEGs)等促进基因转录和蛋白质合成,最终参与LTP的维持.     

特异突触可塑性干扰肽在小鼠吗啡条件化位置偏爱表达过程中的作用

在作为成瘾检测手段的条件化位置偏爱模型中,环境背景和成瘾药物间的关联性学习起着关键的作用。突触可塑性作为学习记忆可能的物质基础,在药物成瘾方面的研究也越来越多,但其表现形式,长时程增强(LTP)或者长时程抑制(LTD)在成瘾过程中所发挥的具体作用尚不得而知。因此,本文利用生物信息学手段,设计并合成了旨在分别阻断LTP和LTD的干扰肽,研究其对小鼠吗啡条件化位置偏爱的影响。结果发现,干扰肽Pep-A2和Pep-A3能够分别特异地阻断海马CA1区的LTP和LTD,在测试前尾静脉注射具有穿膜特性的LTP/LTD特异性干扰肽（Tat-A2/Tat-A3）,均能阻断或损伤吗啡诱导的条件化位置偏爱的表达。此发现提示我们,LTP和LTD在成瘾性异常记忆的过程中均发挥着重要的作用。     

代谢型谷氨酸受体在突触可塑性中的作用研究进展

突触可塑性是近 30年来神经科学领域的研究热点之一 ,它主要包括长时程增强 (long termpotentiation ,LTP)和长时程抑制 (long termdepression ,LTD)。以往的研究已经证实 ,离子型谷氨酸受体 (iGluRs)中的NMDA受体和AMPA受体 ,在LTP和LTD的诱导和维持中通过阳离子内流 ,引起细胞内的级联反应而起作用。新近的研究发现 ,代谢型谷氨酸受体 (mGluRs)与G蛋白偶联 ,通过细胞内的多种信使系统介导慢突触传递。本文主要就mGluRs在不同脑区LTP和LTD中的作用进行综述     

突触蛋白在学习记忆过程中的作用

学习和记忆是脑的高级功能。学习指人和动物获得外界知识的神经过程;记忆指将获得的知识储存和读出的神经过程。突触蛋白(synapsin)是一种与突触结构和功能密切相关的膜蛋白,在突触的可塑性以及长时程增强(long-timepotentiation,LTP)中起着重要作用。而突触可塑性是突触对内外环境变化作出反应的能力,是学习记忆的神经生物学基础。LTP一直被认为是学习记忆的神经基础之一,是突触可塑性的功能指标,也是研究学习记忆的理想模型。该文介绍突触蛋白在学习记忆过程中的作用及机制、突触蛋白在学习记忆研究中的应用。     

计算系统生物学:理论、方法及在药物研发中的应用

计算系统生物学是一个多学科交叉的新兴领域,旨在通过整合海量数据建立其生物系统相互作用的复杂网络。数据的整合和模型的建立需要发展合适的数学方法和软件工具,这也是计算系统生物学的主要任务。生物系统模型有助于从整体上理解生物体的内在功能和特性。同时,生物网络模型在药物研发中的应用也越来越受到制药企业以及新药研发机构的重视,如用于特异性药物作用靶点的预测和药物毒性评估等。该文简要介绍计算系统生物学的常见网络和计算模型,以及建立模型所用的研究方法,并阐述其在建模和分析中的作用及面临的问题和挑战。     

谷氨酸受体可逆磷酸化及其功能

谷氨酸受体(GluRs)C端区存在被多种蛋白激酶磷酸化的位点,同时又能被多种蛋白磷酸酶去磷酸化,磷酸化的结果可使Ca²⁺内流增加,增强GluRs功能;去磷酸化作用则相反.正常情况下GluRs可逆磷酸化处于一种动态平衡状态,在突触可塑性机制如长时程增强(LTP)中起重要作用,而在病理状态如缺血性脑损伤中,这种平衡失衡加重兴奋性神经元损伤.     

特征捆绑的计算模型

特征捆绑问题一直是认知科学和神经科学中的一个重要问题．本文通过将噪声神经元模型的思想、贝叶斯方法和脉冲神经网络模型相结合,并引入竞争机制,提出了一个特征捆绑的计算模型．Bayesian Linking Field模型,对视感知中的特征捆绑问题进行研究．实验证明本研究的模型很好地完成了视觉感知中特征捆绑的任务,并给感知研究带来了新的思路．     

泛函连接网络计算软件及其在生物多样性研究中的应用

针对农田生物多样性分析的需要,研制出泛函连接网络（FLANN）计算软件。该软件由7个Java类和1个HTML文件组成,是一种Internet在线计算工具,可运行于多种操作系统和Web浏览器上,并在各种类型的PC及工作站上使用,可读取多种类型的数据库文件。对水稻田昆虫生物多样性的两组取样调查数据Zmar18和Zapr15,用生物多样性工具软件LUMP和非监督分类－离差平方和聚类法进行统计归纳及分类,分别划分为21个和20个功能群,各包含60个样本。以FLANN计算软件对昆虫生物多样性进行了模式分类分析。结果表明,泛函连接网络的模式分类及预测与实际测查结果吻合良好。泛函连接网络Internet在线计算软件的应用可促进生物多样性数据采集和分析的规范化,有利于数据和信息共享,也为形成高度的生物多样性智能分析系统提供了一种工具。     

PAF受体在铝抑制海马CA3区长时程增强中的作用

目的 :观察PAF受体在铝抑制海马CA3区长时程增强 (longtermpotentiation ,LTP)中的作用。 方法 :应用细胞外电生理记录方法 ,通过向海马CA3区分别微量注射血小板活化因子 (PlateletactivatingfactorPAF)受体拮抗剂银杏内酯B(GinkgolideB)和激动剂mc PAF ,以群体锋电位 (populationspikesPS)幅度为指标 ,观察PP CA3通路的LTP变化。结果 :① 0 .2 μmol/L的银杏内酯B对CA3区的诱发电位无影响 ,但可抑制CA3区的LTP。② 0 .2 5mol/L的三氯化铝不影响CA3区LTP ,但可加强银杏内酯B的抑制作用。③ 4 0 μmol/Lmc PAF对强直刺激引起的LTP无影响 ,却可减轻 0 .5mol/L三氯化铝的对LTP的抑制作用。结论 :PAF受体在刺激PP诱发的CA3区LTP中起作用 ,而金属铝对CA3区LTP的抑制作用至少部分与PAF受体有关。     

简单贝叶斯决策的计算神经模型

大脑根据贝叶斯理论处理信息已经得到诸多心理学和神经生理学实验的支持.贝叶斯推理过程往往需要处理复杂的概率计算,最近Shadlen和Gold提出基于对数似然比可以简化基于贝叶斯的两可决策任务.然而,目前并不清楚如何在神经回路中实现基于对数似然比的贝叶斯决策.通过建立具有信息整合与胜者独享特性的决策神经回路,结合奖励调制的突触可塑性学习算法,得到决策行为与突触可塑性之间的对应关系,由此可实现简单贝叶斯决策的计算神经模型.最后,利用该模型模拟出最近Yang和Shadlen关于恒河猴可进行贝叶斯决策的实验结果.     

长链非编码RNA表征及其在结直肠癌发生发展中的作用和临床意义

长非编码RNA（long non-coding RNAs, lncRNAs）是一类转录本长度大于200个核苷酸,不具有蛋白质编码功能的非编码RNA（non-coding RNA, ncRNA）。人类基因组中,ncRNA基因占比超过90%,数量远大于蛋白质编码基因。作为生物大分子,lncRNA具有特定的初级和高级结构,在基因表达调控等生物学进程中发挥着特有的功能。lncRNA数量多,结构各异,因此鉴定和表征新的lncRNA,探索其结构和功能,是当前基因研究领域的热点之一。在临床疾病机制研究中,大量结果表明,lncRNA与临床疾病发生发展,特别是肿瘤的发生发展具有密切的相关性。伴随着后基因组学时代基因鉴定和功能探索方法的不断进步,探索lncRNA在疾病发生中的功能及表达变化,深入解锁lncRNA在疾病发生中涉及的分子机制,将为疾病早期预防、诊断和预后提供有效参考。基于以上的研究大背景,本文对lncRNA的定义、基因鉴定的策略和方法,高级结构检测及其对应的生物学功能,以及lncRNA的分类进行了阐述;另一方面,基于lncRNA与肿瘤发生发展的密切关系,本文以经典抑癌基因p53为切入点,对多种p53相关的lncRNA在结直肠癌（colorectal cancer, CRC）发生发展中的作用进行了归纳小结,阐述了lncRNA在结直肠癌中的表达变化、涉及的分子互作机制和信号通路,对其作为分子标志物在临床中的应用潜力进行了评估。我们乐观地认为,作为生物分子标志物,lncRNA将为包括癌症在内的疾病治疗提供全新、精准和个性化的分子靶点。     

NMDA受体在海马CA_3区习得性LTP保持中的作用

在大鼠明暗分辨学习的建立和巩固过程中,通过与记录电极一起慢性埋植于海马CA_3区的注药管微量注射NMDA受体的特异性拮抗剂2-amino-5-phosphonovaleric acid(APV),观察对海马CA_3区突触效应及与之相关的习得性行为的影响。结果如下:(1)在动物经训练PS峰幅值刚增大至最高水平后,即在习得性LTP刚好形成后,每实验单元先于CA_3区注射AFV 1μl(2mmol/L),然后在药物有效作用时间内再进行训练,则PS峰值不能随训练而保持在最高水平,相反经8个实验单元,PS峰值降至实验前水平;相应地动物的正确反应率不能随训练而巩固,反而下降至10％以下。(2)在动物习得性LTP已形成并经一单元训练PS保持在最高水平后,于每实验单元训练前注射APV 1μl(2mmol/L),PS峰值同样不会随训练而保持在最高水平,经14个实验单元注药和训练,PS峰值逐渐降至实验前水平,相应地动物行为的正确反应率也降至10％以下,习得性行为消退,不过其消退速度比前一情况的动物为慢,说明习得性LTP发展情况不同,APV的作用效率有差别。结果表明:NMDA受体在习得性LTP的巩固中起着重要作用。     

软计算在生态模型中的应用

由于生态系统的高度复杂性和非线性以及空间数据采集技术的快速发展,近年来越来越多的软计算方法开始应用到生态模拟中来。软计算是个非常广泛的领域,在模式上主要包括元胞自动机、基于个体和盒式模式等;在方法上代表性的有人工神经网络、模糊数学、遗传算法、混沌理论等。重点介绍元胞自动机和规律方法在生态模型中的应用,具体实例包括种群动态模拟、水华预警和生境栖息地模拟。     

黄土高原南部旱作水分产量潜势计算模型及其参数修正

建立了旱作水分产量潜势计算模型 ,并对模型中的主要参数 (光能利用率、作物产量反应系数和作物系数等 )进行了修正 ,同时提出作物耗水量和水分订正系数等的估算方法 .冬小麦水分产量潜势为 530 0～ 630 0 kg· hm- 2 ,春玉米为 770 0～ 90 0 0 kg·hm- 2 .此外 ,本文还对农田水分条件进行了评价 ,指出黄土高原南部的东部地区水分条件较差 ,有较大的灌溉增产潜力 .     

系统发育分析中的最大简约法及其优化

随着生物技术的不断发展和系统发育学的深入研究, 在重构系统发育树时, 研究人员往往要面对更多的挑战和困难, 比如： (1)需要分析的样本数（物种数或个体数）不断增加; (2)需要分析的数据量迅速扩大。尤其在基因组测序技术的推动下, 基于分子信息的系统发育重建需要极大的计算量, 因此数学方法、 计算机技术以及其他辅助工具对于系统发育重建的效率和精确度起着至关重要的作用。最大简约法（maximum parsimony）是一种重要的系统发育重建方法, 提高其计算效率对系统发育学研究具有重要意义, 针对该算法的优化改进需要生物学家和计算机专家的共同努力。本文通过详细地阐述最大简约法的计算流程, 分析其参数选择对计算效率的影响, 帮助更多的计算机使用者, 在并不了解系统发育学基础的情况下, 更方便地针对实际的系统发育算法问题给出更好、 更快、 更精准的解决方案; 同时为系统发育研究工作者, 较为清晰地解释最大简约法的构树思想和计算逻辑, 推动针对最大简约法的不断改进与优化。     

计算生物学分析在基因组编辑研究中的应用

基因组编辑是对基因组遗传信息进行定向改造的技术,其中CRISPR/Cas系统是目前应用最广泛的基因组编辑新技术。将先进的高通量测序以及相关计算生物分析应用于基因编辑研究,可进一步优化基因编辑效率和精度等检测流程,实现对全基因组功能基因筛选的监测。同时,利用基于生物信息及机器学习和深度学习等新方法,可对向导RNA(gRNA)的高效设计和实现对编辑效果的预测。本文将对计算生物学分析在CRISPR/Cas基因编辑系统的应用及研究进展等进行概述。     

结构方程模型及其在生态学中的应用

基于多变量统计方法同时研究自然系统内多个因子之间的相互关系, 是阐释复杂的自然系统的一个重要手段。相比传统的多变量统计法, 结构方程模型基于研究者的先验知识预先设定系统内因子间的依赖关系, 不仅能够判别各因子之间的关系强度(路径系数), 还能对整体模型进行拟合和判断, 从而能更全面地了解自然系统。由于结构方程模型只在近年才被应用到生态学的数据分析中, 因此该文试图对其作一简略介绍, 包括结构方程模型的定义和变量类型, 结合事例研究展现结构方程模型分析的一般步骤、在生态学中的应用以及相关软件的介绍等。望能为相关研究人员提供直观的认识, 加强结构方程模型在生态学数据分析中的应用。     

长链非编码RNA在白血病发生发展中的调控机制研究进展

长链非编码RNA (Long noncoding RNA,lncRNA) 是一类长度大于200 nt且不具备蛋白编码能力或仅编码微肽的RNA分子。LncRNA参与调控细胞增殖、分化和凋亡等生物学过程,与多种恶性血液病的发生、复发及转移密切相关。文章结合最新研究报道,对lncRNA在白血病发生过程中异常表达的功能、调控机制和潜在临床应用方面进行综述。概括了lncRNA可以通过表观遗传修饰、核糖体RNA转录、竞争性结合miRNA,以及参与糖代谢途径、活化肿瘤相关信号通路等多种方式调控白血病的发生发展及化疗中产生的多药耐药性。这些机制研究为深入了解白血病的发病机理、发现新的预后标志物和潜在的治疗靶标,为解决临床上治疗白血病所面临的患者耐药性的产生和治疗后复发等难题提供了新的参考依据。