研究人員可能已經(jīng)解鎖了在神經(jīng)元上發(fā)現(xiàn)的神秘結(jié)構(gòu)的功能

(薩克拉門托)——30 年來，在海馬(大腦的一部分)神經(jīng)元細(xì)胞體上發(fā)現(xiàn)的神秘蛋白質(zhì)簇讓詹姆斯·特里默 (James Trimmer)既好奇又困惑。

現(xiàn)在，加州大學(xué)戴維斯分校醫(yī)學(xué)院杰出的生理學(xué)和膜生物學(xué)教授可能終于有了答案。在PNAS 上發(fā)表的一項(xiàng)新研究中，Trimmer 和他的同事揭示了這些蛋白質(zhì)簇是神經(jīng)元中鈣信號(hào)傳導(dǎo)的“熱點(diǎn)”，在激活基因轉(zhuǎn)錄中起著至關(guān)重要的作用。

轉(zhuǎn)錄允許神經(jīng)元 DNA 的一部分被“轉(zhuǎn)錄”成 RNA 鏈，然后用于制造細(xì)胞所需的蛋白質(zhì)。

在許多動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)

Trimmer 的實(shí)驗(yàn)室研究小鼠體內(nèi)的神秘簇，但它們存在于無脊椎動(dòng)物和所有脊椎動(dòng)物中——包括人類。Trimmer 估計(jì)單個(gè)神經(jīng)元上可以有 50 到 100 個(gè)這樣的大簇。

他和他的同事知道這些簇是由一種蛋白質(zhì)形成的，這種蛋白質(zhì)使鉀離子穿過膜(鉀通道)。他們還知道這些簇包含一種特殊類型的鈣通道。鈣通道允許鈣進(jìn)入細(xì)胞，根據(jù)細(xì)胞類型觸發(fā)各種生理反應(yīng)。

“這些簇在神經(jīng)元中的存在是高度保守的，”特里默說。高度保守的特征在進(jìn)化時(shí)間尺度上相對(duì)不變，這表明它們?cè)谶@些非常不同類型的動(dòng)物中具有重要的功能特性。

海馬體是大腦中神經(jīng)元上發(fā)現(xiàn)簇的區(qū)域之一，在學(xué)習(xí)和記憶中起著重要作用。研究人員知道，對(duì)這些簇的破壞——例如，鉀通道中的基因突變——會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的神經(jīng)系統(tǒng)疾病。但不清楚為什么。

“我們?cè)缇椭榔渌愋偷碾x子通道簇的功能，例如突觸中的那些。然而，細(xì)胞體上的這些更大的結(jié)構(gòu)在神經(jīng)元的生理學(xué)中沒有已知的作用，”特里默說。

實(shí)驗(yàn)用“誘餌”淹沒鈣通道

揭示神經(jīng)元簇功能的實(shí)驗(yàn)是由Trimmer 實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員、該研究的主要作者Nicholas C. Vierra設(shè)計(jì)的。

“我們開發(fā)了一種方法，可以讓我們將鈣通道與神經(jīng)元中的鉀通道簇分離。一個(gè)關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)是這種治療阻斷了鈣觸發(fā)的基因表達(dá)。這表明這些簇中的鈣通道-鉀通道伙伴關(guān)系對(duì)神經(jīng)元功能很重要，”Vierra 說。

在他們的實(shí)驗(yàn)中，研究人員通過用誘餌鉀通道片段淹沒神經(jīng)元來“欺騙”這些簇中的鈣通道。當(dāng)鈣通道抓住誘餌而不是真正的鉀通道時(shí)，它們就會(huì)從簇上掉下來。

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