【領航新徵程】中科大科學家解密神經突觸「黑匣子」

　　記者2月10日從中科大獲悉，該校科學家在國際上首次利用冷凍電鏡技術對完整神經突觸進行系統性定量分析，既推動了對突觸超微結構與功能這一「黑匣子」的解密，又為突破冷凍電鏡技術在複雜細胞體系中原位解析生物大分子複合物的組織結構這一技術難題奠定了基礎。成果2月7日以封面論文形式發表在國際學術期刊《神經科學雜誌》上。

　　突觸是大腦行為、意識、學習與記憶等功能的最基本結構與功能單元，同時也是多種腦疾病發生的起源。精確解析突觸的分子組織架構及其在神經活動過程中的變化，被認為是解密大腦奧妙最直接有效的方法。早期，生化與分子生物學、電生理學等研究發現突觸中的各種大量分子和細胞器組分，並揭示了突觸的各種功能特性和可塑性規則。然而，由於研究手段局限，突觸中的不同組件如何組織成複雜的機器來執行不同的功能，並不明晰。最新發展的冷凍電鏡技術尤其是冷凍電子斷層三維重構技術，能夠實現對亞細胞乃至全細胞在納米水平解析度的三維成像。

　　中科大合肥微尺度物質科學國家研究中心與生命科學學院畢國強、劉北明和周正洪教授合作課題組，利用冷凍電子斷層三維重構技術，結合自主研發的冷凍光電關聯顯微成像技術，實現了對中樞神經系統中兩類最主要突觸——興奮性/抑制性突觸的精確區分以及結構特徵的定量化分析，獲得了一系列完整突觸在近生理狀態下的三維結構。結合定量分析手段，首次報導了抑制性突觸的均勻薄片狀突觸後緻密區結構，並發現兩類突觸中均存在橢球狀突觸囊泡，結束了關於兩類突觸在突觸囊泡和突觸後緻密區形態精細結構上由來已久的爭論。 課題組進一步利用當前最先進的冷凍電鏡成像設備，獲得了突觸在分子水平的精細組織架構，實現了在突觸原位直接觀察單個神經遞質受體蛋白複合物及其與支架蛋白的相互作用。