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Nature:突触的结构远比你想象的精确

2016/07/31 来源:生物探索
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导读
近日,来自马里兰医学院的科学家们发表于nature上的文章,报道了它们利用单分子成像技术观察到了突触上的“纳米柱”结构。该结构有助于神经科学家更加深刻地理解神经递质传递的过程。


虽然科学家很久以前就知道,神经细胞之间通过突触传导信息。一个细胞将携带的信息通过谷氨酸盐、多巴胺、五羟色胺等神经递质传递给另一个细胞,神经递质激动接受信号的神经元上的受体,从而传递兴奋或抑制的信息。

但是,除了上述的基本概要之外,这个大脑中最重要的生理过程是怎样发生的?其中的具体细节并不清楚。现在,来自马里兰医学院的科学家们首次阐明了这一过程的框架。他们的研究发表于7月27日的nature上。

突触是一个非常复杂的分子机器。结构又十分微小,只有几百万分之一英尺。我们的大脑中约有100万亿个突触,每一个都精确地在细胞间传递强弱信号。为了在亚显微镜尺度可视化这一过程,研究人员发明了一种单分子成像技术,这一技术可以定位并追踪活细胞内单个突触边界的蛋白质分子运动,通过这种方法,科学家意外地发现了一种十分精确的神经传递模型。

研究人员观察了体外培养的大鼠神经元,其整体结构与人类突触十分相似。“见所未见,这是一项全新领域的研究。”领导该项工作的生理学系副教授Thomas Blanpied说。“多年以来,我们罗列出了在突触发现的多种类型的分子,但是我们并不是非常清楚这些分子是如何装配,或者在结构上如何发挥作用的。现在,通过单分子成像技术去绘制关键蛋白质图谱,我们最终揭示突触的核心结构。”

在这篇文章中,Blanpied描述了突触结构意想不到的一个方面,它或许能解释为何突触如此高效的同时在疾病中又很容易被破坏。在每个突触部位,关键蛋白质被安排得井井有条。“传递信号的实际条件比我们想象的‘神经递质分子在受体附近释放’更加苛刻,”Blanpied说。“两个神经元的蛋白质以令人难以置信的精确度对齐,几乎在两个细胞之间形成了一个可伸缩的圆柱体。”这种程度的契合优化了传递过程的耗能,并且也提示了我们调节递质传递过程的新方法。

理解这个结构有助于弄清大脑运作或精神及神经病理情况下细胞之间是怎样交流的。此外,Blanpied还关注粘附分子的活动,粘附分子从一个细胞伸展到另一个细胞,它可能是“纳米柱”的重要组成部分。他怀疑如果粘附分子不能在突触的正确位置,突触结构将被破坏,神经递质也就不能完成它们的任务。Blanpied猜想至少在某些紊乱之中,确实会出现那种即使大脑有正常数量的神经递质,但突触仍然不能有效地传递它们的情况。

Blanpied认为对突触结构更深刻的理解有助于更好地了解一些脑部疾病,如抑郁症、神经分裂症和阿尔茨海默病,并给新疗法提供思路。

Blanpied和他的同事在接下来会探索突触结构是否在某些疾病中会发生改变,他们将在精神分裂症鼠模型中观察它们的突触。

备注:本文编译自medicalxpress网站,原标题:“For the first time, researchers see structure that allows brain cells to communicate”

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