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研究人員在了解突觸形成方面取得了重大進展。他們使用CRISPR技術觀察突觸囊泡的發(fā)育，發(fā)現突觸成分共享一個共同的運輸途徑。這一發(fā)現，加上獨(空格)特的神經轉運細胞器的發(fā)現，為神經功能和神經損傷的潛在治療方法提供了新的見解。
無論是在大腦中還是在肌肉中，神經細胞存在的地方都有突觸。突觸，神經元之間的連接，是興奮傳遞過程的基礎，興奮傳遞本質上是神經元之間的交流。在任何交流過程中，都有一個發(fā)送者和一個接收者:被稱為軸突的神經細胞過程產生并傳遞電信號，從而充當信號發(fā)送者。
圖1 磷脂酰肌醇3,5-二磷酸促進軸突小泡運輸和突觸前組裝
突觸是軸突神經末梢(突觸前)和突觸后神經元之間的接觸點。在這些突觸中，電脈沖被轉換成化學信使，并被相鄰神經元的后突觸接收和感知。信使從稱為突觸囊泡的特殊膜囊中釋放出來。
突觸在傳遞信息的同時，也可以存儲信息。雖然人們對突觸的結構和功能已經相當了解，但對它們是如何形成的卻知之甚少。
分子藥理學研究所(FMP)的一個研究小組現在已經為這個謎團提供了重要的線索。
熒光蛋白揭示突觸囊泡的發(fā)育
為了從一開始就追蹤突觸前的形成，研究人員使用CRISPR基因剪刀將熒光蛋白插入人類干細胞中，并從修改后的干細胞中產生神經元。多虧了熒光標記，研究人員現在能夠直接在顯微鏡下觀察正在發(fā)育的人類神經細胞中新生突觸囊泡的發(fā)育。
突觸囊泡是一種含有信使的膜囊泡，儲存在每個突觸中，將電信號轉化為化學信號。這些囊泡和腳手架蛋白一起構成了突觸前的中心元素，腳手架蛋白告訴突觸囊泡突觸在哪里，鈣通道化學翻譯電信號。
這三種成分都有自己的基因，因此由不同的蛋白質分子組成。由于這個原因，以前認為它們也通過不同的途徑最終聚集在一個地方，形成一個功能性突觸。
所有部件一起出發(fā)
然而，研究人員的觀察反駁了這一假設。“突觸囊泡蛋白和所謂的‘活躍區(qū)’蛋白，可能還有將突觸連接在一起的粘附蛋白，共享同一總線，”研究小組負責人Volker Haucke教授在描述這一令人驚訝的發(fā)現時說?！斑@是非常有爭議的。然而，我們在人類神經元培養(yǎng)中的數據似乎很清楚?！?/div>
但是這些蛋白質究竟是如何到達突觸形成的位置的呢?在他們的研究中，研究人員能夠證明，首先，運動蛋白的機制驅動軸突運輸。根據他們的發(fā)現，主要的驅動因素是一種被稱為“KIF1A”的驅動蛋白。這種運動蛋白以其與周圍神經系統(tǒng)和大腦的神經系統(tǒng)疾病的關聯而聞名?！拔覀儜岩蒏IF1A的突變干擾了突觸前蛋白的軸突運輸，導致神經系統(tǒng)癥狀，如運動障礙、共濟失調或精神殘疾，”Volker Haucke解釋說。
此外，研究人員還能夠確定軸突載體的細胞生物學特性。這又帶來了另一個驚喜:雖然絕大多數分泌囊泡來自所謂的高爾基體，但軸突運輸囊泡不包含高爾基體標記，但與內溶酶體系統(tǒng)共享標記，內溶酶體系統(tǒng)通常參與非神經元細胞中缺陷蛋白的降解。這是一種光學和高分辨率電子顯微鏡的新組合，使研究人員能夠從超微結構上觀察軸突運輸囊泡，使他們能夠描述它們的大小和形狀。
發(fā)現僅存在于神經元中的轉運細胞器
“我們的工作表明，神經元已經發(fā)明了一種新的細胞器，一種可能是神經元獨(空格)有的運輸細胞器，”FMP的博士后、該研究發(fā)表在《Science》雜志上的主要作者Sila Rizalar博士解釋說?！斑@和共享運輸途徑一樣鮮為人知。”
基礎研究的新發(fā)現有一天可能會對臨床應用有用。畢竟，當神經元之間的接觸點被破壞時，無論是由于疾病、事故還是衰老過程，了解軸突運輸的機制和所涉及的關鍵蛋白質是很重要的，以便進行治療干預。“理想情況下，恢復或增強軸突運輸以促進神經元再生或對抗衰老是可能的?！?/div>
雖然研究人員現在已經解開了突觸形成的關鍵機制，但許多問題仍然沒有得到解答，例如新發(fā)現的運輸細胞器是如何形成的，它們是由什么組成的，以及它們如何將它們的貨物-突觸分子-運送到目的地。這也提出了一個問題，也許，終身記憶是否使用與形成突觸相同的軸突運輸機制來存儲。
參考資料
[1] Phosphatidylinositol 3,5-bisphosphate facilitates axonal vesicle transport and presynapse assembly
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