神經元蛋白極性分布的新穎機制

2021-01-15 科學網

 

神經元細胞形狀獨特，胞體上伸出數量不等的樹突和一條細長(從幾十微米到約1米)的軸突，樹突與軸突分別負責信息的接收和輸出。以軸突的起始段為界，具有不同功能的蛋白在軸突和胞體樹突上的不對稱分布決定了神經元功能的實現。因此，這種極性分布的形成與維持的機理是神經生物學的重要課題。3月19日，中國科學院上海生命科學研究院神經科學研究所蒲慕明和段樹民兩位研究員，聯合指導的博士生宋璦宏等針對這一問題的重要研究成果正式發表在國際著名雜誌《細胞》上。

 

研究者發現在接近胞體的軸突起始段(AIS)存在一個由肌動蛋白和AnkyrinG構成的分子篩，像濾網一樣限制了大分子蛋白在軸突和胞體之間的擴散，但允許某些依賴特定馬達蛋白轉運的蛋白通過。科學家以生動的圖示向記者描繪了這一過程，並介紹道，假如沒有這一新穎的機制，過量進入軸突的蛋白將造成擁堵，神經元功能癱瘓。

 

進一步研究發現，馬達蛋白驅動力的強弱，以及蛋白—馬達蛋白複合體運輸效能的高低，是該蛋白能否通過AIS分子篩的決定條件。

 

對此科學家解釋道，神經細胞的主要功能是信息的感受、處理和傳遞，與感受信號相關的分子一般分布在胞體和樹突上，而與信號傳遞相關的分子則分布在軸突，信號分子的釋放就在軸突的末端。因此，很多種蛋白質和分子在胞體內加工合成之後，要通過較長的軸突傳送到神經細胞的遠端，具有不同功能的蛋白與合適的馬達蛋白結合來實現轉運，從而完成相應的神經元的功能。

 

具體實驗表明，軸突蛋白轉運複合體VAMP2-KIF5的運輸效能較高，可以穿過分子篩從胞體轉運到軸突內，而樹突蛋白轉運複合體NR2B-KIF17和GluR2-KIF5的運輸效能較低，不能穿越這個軸突起始段存在的胞漿屏障。這一新穎過濾機制的發現，為研究神經元蛋白的極性分布提供了嶄新的角度，具有重要的理論意義。（來源：科技日報 王春）

 

（《細胞》（Cell），doi:10.1016/j.cell.2009.01.016，Shumin Duan，Mu-ming Poo）

 

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