化学家发明成像技术来解开记忆之谜

为了理解记忆，魏敏他从最基本的层面研究细胞，远在神经元和突触形成之前。这位化学助理教授研究蛋白质的合成，蛋白质是利用DNA的遗传密码构成人体的基本构件。“我们想要了解记忆的分子本质，这是神经科学中仍然存在的关键问题之一，”他说。

蛋白质完成了几乎所有的生物功能，蛋白质合成是基因表达的关键步骤，决定了细胞如何应对癌症、自闭症和与帕金森症和阿尔茨海默症等疾病相关的生理应激。闵博士的实验室检查了蛋白质组(细胞蛋白质的总和)，这是一种动态结构，受到蛋白质产生和死亡的严格控制，确保了身体的正常功能。长期记忆的形成依赖于大脑组织中特定位置和时间蛋白质的合成。

闵博士和他的团队最近开发了一种新的成像技术，可以精确地确定细胞产生新蛋白质的位置和时间。该方法的重要意义在于，它使科学家能够在活细胞中生成新合成蛋白质的高分辨率图像。这项研究结果发表在7月9日的《美国国家科学院院刊》上；这项研究是与贝勒医学院合作完成的。

尽管作出了广泛的努力，但仍不可能观察到蛋白质(蛋白质组)合成的全过程，因为最广泛使用的方法需要杀死细胞。然而，闵博士的技术为回答有关活细胞行为的问题打开了大门，因为它使观察活细胞执行功能成为可能。他说:“我们增加了一个新的功能维度和与活细胞兼容的工具，而不是只看静态图像。”

蛋白质由氨基酸链组成，氨基酸链主要由碳、氧、氢和氮组成。在他位于西北角的实验室里，闵博士和他的团队用氘替换了氢，氘是氢的一种更重的同位素。(哥伦比亚大学教授哈罗德尤里1932年发现了氘，并因此获得1934年诺贝尔化学奖。)氘的性质与氢的性质相似，几乎没有变化，标记有氘的氨基酸的行为几乎与天然氨基酸相同。重要的是，碳氘键以独特的频率振动，与正常的碳氢键不同。

敏博士的团队添加deuterium-labeled氨基酸细胞培养生长介质,以及deuterium-labeled氨基酸被合并为必要的蛋白质为基础,研究人员找到了独特的频率来检测这些carbon-deuterium债券由新合成的蛋白质。

他们使用一种叫做受激拉曼散射显微镜的特殊激光技术，在样本上扫描激光，并绘制出活细胞内碳氘键的位置依赖图。

“我们的技术是高度敏感的,具体的,与生命系统兼容,并且它不需要杀死细胞或染色,”陆说,敏博士的实验室的博士生,论文的主要作者世卫组织目前正在研究中,当一个新的蛋白质产生大脑组织内形成长期记忆。

闵博士在哈佛大学(Harvard)读书时，对长期存在的关于记忆的神经科学问题产生了兴趣。2008年，他在哈佛获得了博士学位，并在那里做了两年的博士后。他是土生土长的中国人，曾在北京大学学习化学，2010年加入哥伦比亚大学。他是哥伦比亚跨学科神经科学研究项目Kavli脑科学研究所的成员。诺贝尔奖得主、大学教授埃里克·坎德尔(Eric Kandel)在长期记忆方面的研究启发他关注蛋白质合成的作用。“这是一个前沿的研究问题，还没有解决，”闵博士说。“我们的技术将有助于理解学习和疾病中的许多复杂行为。”

——这个故事最初是由Beth Kwon写的哥伦比亚大学研究新闻．-哥伦比亚大学鲁炜摄