研究发现，神经细胞通过控制mRNA和蛋白质分布来优化能量

神经细胞具有惊人的节能策略，并且仍然执行最重要的任务。波恩大学医院（UKB）和波恩大学以及哥廷根大学医学中心的研究人员发现，神经元能量守恒程序决定了信使RNA（mRNA）和蛋白质的位置和数量，并且根据各自分子的长度、寿命和其他特性而有所不同。这项工作现已发表在《自然通讯》上

近年来，我们都经历了节约能源的需要。为了做到这一点，我们都必须制定节能策略，同时满足我们最重要的需求

“我们的神经细胞也面临着类似的困境：它们必须提供突触，即它们与其他神经元的接触点，但也必须以不产生太多或太少蛋白质的方式组织蛋白质合成。

”同时，它们必须将蛋白质长距离运输到突触，并注意它们的能量预算。他们是如何管理的？“研究小组问道。

尽管大脑的体积相对较小，但它消耗了人体总能量的20%左右。与所有细胞一样，神经元的功能受到严格的能量限制，由于其高能量需求，这在大脑中尤为明显。研究小组能够证明，所有神经元分子的合成和降解都代表了特别高的细胞能量消耗，因此需要节能措施。

所有细胞，包括神经元，都需要蛋白质才能正常运作。这些蛋白质是通过一个称为基因表达的过程产生的，在这个过程中，相关信息从基因复制到信使RNA（mRNA）中。成熟的mRNA然后被翻译成所需的蛋白质

得益于生物化学和显微镜的进步，现在可以精确地绘制细胞中单个mRNA拷贝和相应蛋白质的位置，并量化数千种mRNA和蛋白质的数量。这使研究人员首次能够研究控制空间基因表达模式的复杂组织原理，并将其应用于所有类型的分子

由通讯作者、英国实验癫痫学和认知研究所研究小组组长Tatjana Tchumatchenko教授领导的研究小组结合了10多个大规模mRNA和蛋白质组学筛查的实验数据，涉及数万种分子物种

“我们发现，保存能量的驱动力决定了mRNA和蛋白质的数量和位置，根据分子的长度、寿命和其他特性，对每种分子物种的影响不同，”第一作者Cornelius Bergmann解释道，他是波恩大学UKB实验癫痫学和认知研究所的博士生

结果表明，分子合成、运输和降解的能量成本、空间定位和总数仅限于节能解决方案。Tchumatchenko教授补充道：“如果某些短寿命的蛋白质在细胞体内合成，由于旅行时间长，其中很大一部分不会活着到达突触。”。“这将是对无法完成任务的蛋白质的能量浪费。”

本研究中的模型计算表明，如果从细胞体到突触的“途中”能量损失大于将mRNA运输到树突所需的能量，那么蛋白质最好在神经细胞的分支、锥形延伸中合成，即所谓的树突

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然而，研究小组的发现超越了节能。“我们的研究结果揭示了细胞中基因表达的组织原理，这些基因表达在不同的分子物种中起作用，并超越了个体调节机制，”合著者、哥廷根大学医学中心神经和感觉生理学系主任、神经变性生物结构成像中心（BIN）发言人Silvio Rizzoli教授说

对研究小组来说，最令人惊讶的结果是，蛋白质的物理性质，如长度或寿命，而不是它们的特定功能，对能量预算有如此强烈的影响，从而对它们的合成位点也有如此大的影响

合著者、波恩大学英国实验癫痫学和认知研究所的博士生Kanaan Mousaei强调，“我们的模型为关联来自不同实验室的数十个现有数据集提供了新的视角。”