Single-molecule analysis of Arc mRNA transport in live neurons

Abstract

Activity-regulated cytoskeleton-associated protein (Arc) plays a crucial role in long-term memory formation. In neurons, stimulation induces Arc transcription in the nucleus within a few minutes, and mRNAs are exported and locally translated in specific regions of dendrites. To explain the mechanism of mRNA localization, we investigate the transport dynamics of single Arc mRNA molecules in neurons, which are based on two phases: the motor-involved ballistic run and static localization of mRNAs. This study gives insight into the mechanism of the regulation of memory-related gene expression with theoretical predictions of mRNA transport in neuronal cells.

Arc 단백질은 장기 기억 형성에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 신경 세포 내에서 자극이 주어지면 10분 내에 Arc 유전자 전사가 유도되고, 이에 따른 Arc mRNA는 수상 돌기의 특정 영역에 국소화(localization)된 후 단백질로 번역(translation)된다. Arc mRNA 국소화(mRNA localization)의 동역학적 과정을 설명하기 위해 신경 세포에서 단일 Arc mRNA 분자의 수송에 대한 연구를 수행하였으며, Arc mRNA의 수송 과정은 모터 단백질에 의한 운동 상태와 국소화(localization)로 인한 정지 상태에 기반해 정량적으로 분석되었다. 이러한 연구는 신경 세포에서 mRNA 전송의 이론적 예측과 기억 관련 유전자 발현의 조절 메커니즘을 규명하는데 이용될 수 있을 것이다.