Nature:神經連接蛋白控制星形膠質細胞形狀和突觸發生

2020-12-05 生物谷

圖片來自Jeff Stogsdill, Duke University。


2017年11月12日/

生物谷

BIOON/---星形膠質細胞（astrocyte）存在的時間幾乎和大腦一樣長。即便是一些簡單的無脊椎動物，如秀麗隱杆線蟲，也有原始的星形膠質細胞包圍著它們的神經突觸。當我們的大腦進化成複雜的計算機器時，星形膠質細胞的結構也變得更加複雜。

但是星形膠質細胞的複雜性依賴於它們的神經元夥伴。當在培養皿中一起培養星形膠質細胞和神經元時，這些星形膠質細胞將形成複雜的星形結構。當單獨培養星形膠質細胞或者將它們與其他類型的細胞一起培養時，它們變得矮小。

為了發現神經元如何影響星形膠質細胞的形狀，美國杜克大學

細胞生物學

與神經生物學副教授Cagla Eroglu及其團隊將星形膠質細胞和神經元放在一起培養，同時調整神經元的細胞信號轉導機制。他們吃驚地發現即便他們直接殺死這些神經元，但保留它們作為支架的結構，這些星形膠質細胞仍然完美地在它們上面形成複雜的星形結構。

Eroglu實驗室博士研究生Jeff Stogsdill說，「無論神經元是死還是活，這都不重要：星形膠質細胞與神經元之間的接觸允許這些星形膠質細胞形成複雜的結構。這告訴我們這兩種細胞表面之間的相互作用調節著這種過程。」

這些研究人員從現存的基因資料庫中尋找已知的由星形膠質細胞表達的細胞表面蛋白，並且鑑定出三種候選蛋白可能有助確定著它們的形狀。這三種被稱作神經連接蛋白（neuroligin）的蛋白NL1、NL2和NL3在形成神經突觸中發揮著作用，而且與自閉症和精神分裂症等疾病存在著關聯。在此之前，針對它們的功能的研究主要是在神經元中開展的。

為了發現神經連接蛋白在星形膠質細胞中發揮的作用，這些研究人員調整了星形膠質細胞產生這些蛋白的能力。他們發現當他們關閉神經連接蛋白產生時，這些星形膠質細胞變得矮小。當他們增加神經連接蛋白產生時，這些星形膠質細胞的大小几乎是之前的2倍。

Stogsdill說，「這些星形膠質細胞的形狀直接與它們表達的神經連接蛋白水平成正比關係。」

調整神經連接蛋白的表達並不僅是改變這些星形膠質細胞的大小和形狀。它們也對星形膠質細胞接觸的神經元之間形成的突觸產生著巨大的影響。

當這些研究人員關閉NL2表達時，興奮性突觸的數量下降了50%。抑制性突觸的數量保持不變，但是它們的活性增加了。

Stogsdill說，「我們如今了解到精神分裂症、自閉症和癲癇症等神經疾病的典型特徵之一就是興奮性突觸和抑制性突觸之間存在著不平衡。我們了解到這些疾病相關分子潛在地在星形膠質細胞中發揮功能，從而改變著這種平衡。」

在理解神經元與星形膠質細胞之間的相互作用如何能夠影響突觸形成上，這些發現是一個非常重要的革命性突破。

相關研究結果於2017年11月8日在線發表在Nature期刊上，論文標題為「Astrocytic neuroligins control astrocyte morphogenesis and synaptogenesis」。（生物谷 Bioon.com）

參考資料：Jeff A. Stogsdill, Juan Ramirez, Di Liu et al. Astrocytic neuroligins control astrocyte morphogenesis and synaptogenesis. Nature, Published online:08 November 2017, doi:10.1038/nature24638

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