香港科技大学硏究团队重构神经突触的关键组件
揭示其形成及调节机制
为精神障碍的诊断及早期治疗带来希望
21-08-2018
香港科技大学(科大)生命科学部嘉里理学教授张明杰领导的硏究团队最近通过一种全新的生物化学重构方法,揭示突触后致密区(PSD)的蛋白质在处理及传递大脑神经讯号时的调控机制,或能为今后自闭症、精神分裂症等精神障碍的早期诊断及治疗提供帮助。

突触是促成神经细胞之间讯号传递的基本结构,对于神经细胞的功能至关重要。突触的形成及对不同刺激的正确反应是大脑行使其正常功能的基础。但目前科学界对突触的形成及调控机制所知甚少,这是因为大脑中虽然有海量的突触,却很难找到两个完全相同的突触—意味着没有重复出现的突触结构可供科学硏究。

在最近发表的该项硏究中,科大的研究团队于体外系统中(在溶液中及在双层膜结构上)成功重构出关键的神经突触组件—突触后致密区蛋白结构。该人工重构的组件重现了神经元突触后致密区的典型结构和功能特征。在此基础上,科大科硏人员揭示了突触后致密区蛋白质分子之间高度动态的相互作用。其硏究结果显示,神经细胞中高度致密的突触后致密区或能通过蛋白质分子的自发组装而形成,并能在维持稳定结构的同时进行高度动态的分子交换。

此学术硏究文章的共同作者、张明杰教授硏究团队的博士后硏究员曾梦龙博士表示:「突触后致密区对神经细胞的功能至关重要。我们的生化重构方法建立了一个全新的分子平台,为了解神经细胞以突触为单位的区室化运作机制提供了可能的答案。」

张教授补充:「从此项生化重构硏究中所获得的信息,再结合基于神经细胞的实验,将为我们了解突触后致密区的蛋白质在突触形成及运作中所扮演的角色带来重要帮助。虽然这个重构的组件较真实的神经突触仍相对简单,但这种生化成分清晰并便于操纵的硏究系统将为科学界提供一个有用的平台以及全新的范例,将会有力地推动对兴奋性神经突触的形成及调节机制的硏究,也将有助于阐明一系列因突触蛋白编码基因突变引起的脑疾病的病理机制,最终或可以帮助精神障碍的早期诊断及治疗。」

是次硏究的成果是张教授硏究团队一系列基础脑神经科学硏究中的最新发现,其前期相关工作已于2016年8月25日发表在顶级科学期刊《细胞》中。是次工作是继2016年成果后的又一重大突破,已发表于2018年8月2日出版的《细胞》期刊中。是项硏究获得科大物理学系主任童彭尔教授的研究团队的协助,测定突触后致密区蛋白结构于浓缩相中的物料性质。

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张教授 (左)及曾博士(右)于实验室内观察突触蛋白的相互结合模式

张教授 (左)及曾博士(右)于实验室内观察突触蛋白的相互结合模式

重构的突触后致密区结构作为一个分子平台,将有助了解突触建立和可塑性调节的机制

重构的突触后致密区结构作为一个分子平台,将有助了解突触建立和可塑性调节的机制

 

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