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中科大科学家解密神经突触“黑匣子”

日期: 2018-02-11 08:41 来源: 作者: 浏览次数: 字号:[ ] 视力保护色:

  记者2月10日从中科大获悉,该校科学家在国际上首次利用冷冻电镜技术对完整神经突触进行系统性定量分析,既推动了对突触超微结构与功能这一“黑匣子”的解密,又为突破冷冻电镜技术在复杂细胞体系中原位解析生物大分子复合物的组织结构这一技术难题奠定了基础。成果2月7日以封面论文形式发表在国际学术期刊《神经科学杂志》上。

  突触是大脑行为、意识、学习与记忆等功能的最基本结构与功能单元,同时也是多种脑疾病发生的起源。精确解析突触的分子组织架构及其在神经活动过程中的变化,被认为是解密大脑奥妙最直接有效的方法。早期,生化与分子生物学、电生理学等研究发现突触中的各种大量分子和细胞器组分,并揭示了突触的各种功能特性和可塑性规则。然而,由于研究手段局限,突触中的不同组件如何组织成复杂的机器来执行不同的功能,并不明晰。最新发展的冷冻电镜技术尤其是冷冻电子断层三维重构技术,能够实现对亚细胞乃至全细胞在纳米水平分辨率的三维成像。
  中科大合肥微尺度物质科学国家研究中心与生命科学学院毕国强、刘北明和周正洪教授合作课题组,利用冷冻电子断层三维重构技术,结合自主研发的冷冻光电关联显微成像技术,实现了对中枢神经系统中两类最主要突触——兴奋性/抑制性突触的精确区分以及结构特征的定量化分析,获得了一系列完整突触在近生理状态下的三维结构。结合定量分析手段,首次报道了抑制性突触的均匀薄片状突触后致密区结构,并发现两类突触中均存在椭球状突触囊泡,结束了关于两类突触在突触囊泡和突触后致密区形态精细结构上由来已久的争论。 课题组进一步利用当前最先进的冷冻电镜成像设备,获得了突触在分子水平的精细组织架构,实现了在突触原位直接观察单个神经递质受体蛋白复合物及其与支架蛋白的相互作用。