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《Science》:重审动力蛋白在神经细胞功能中的作用(图)
【字体: 大 中 小 】 时间:2007年04月29日 来源:生物通
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生物通报道:霍华德大学医学院的研究人员在耶鲁大学发现,在特定条件下,dynamin 1(动力蛋白1)并不是基本的细胞功能所必需的。具体内容刊登于4月27日《Science》。
“由于dynamin 1被认为是如此的处于临界状态,没有人有耐心去研究将其全部敲除后会带来什么后果,只是认为这种全部敲除的动物最终不会形成有功能的神经系统。但我们想既然自然从未停止过对科研人员的诱惑,我们坚信如此一种实验是值得进行的。”
——Pietro De Camilli
生物通报道:只需千分之一秒,神经元便可在其突触中积累5000多个神经递质(neurotransmitter)。突触是神经元用于激发邻近神经细胞产生冲动的地方,神经元不断地与邻近细胞进行化学“会谈”,但交谈的音量对包装神经递质的生产线有重要影响。
电子断层技术显示:由于没有dynamin 1(绿),突触囊泡(蓝)和内吞芽基停止在前融和阶段
如果知道了组成这些生产线的元素以及每个元素的作用,就能够更好地弄清脑的工作机制。比如,科学家对酶dynamin 1(动力蛋白)很感兴趣,此酶在包装神经递质准备释放的过程中发挥重要作用。神经递质的分泌是由小的充满神经递质的囊泡(突触囊泡,synaptic vesicles)与细胞外膜融合所介导的。此次,霍华德休斯医学研究所研究人员Pietro De Camilli与其耶鲁大学等单位的同事发现,在特定条件下,dynamin 1并不是细胞基本功能所必需的。具体内容刊登于4月27日《Science》。
研究结果显示,在新囊泡形成时,细胞膜内陷形成芽基(bud,生物通编者译),而dynamin 1是切断此凹陷芽基的脖颈的主要成分,只有在神经元受刺激被高度激活时才发挥重要作用。这个发现为洞察基本的细胞过程——细胞内吞过程提供了参考。细胞内吞是形成突触囊泡、准备神经传递所必需的,对将胞外物质纳入胞内也非常关键。
Dedynamin 1集中在大脑——与在哺乳动物中发现的另外两种dynamin 相反,由此研究人员推测其在形成突触囊泡的过程中扮演重要角色,并开始检测全部敲除小鼠的dynamin 1基因会导致什么后果。文章第一作者Shawn Ferguson 说:“最令我们感到震惊的是,动物发育正常,它们的神经系统在无dynamin 1的情况下也能够支持神经传递。”刚出生时,无dynamin 1的动物的行为与正常小鼠无异。数天后,实验组小鼠开始丧失协调运动的能力,最终死亡。
研究人员测试在何种条件下,dynamin 1才是突触囊泡合形成所必需的。结果显示,dynamin 1敲除小鼠的神经传递基线水平正常。然而,实验动物的神经元在强刺激(strong excitation,生物通编者译)被延长的情况下不能运转,停止传递兴奋,只有在刺激停止后才能够慢慢恢复。
研究人员还在电镜对敲除小鼠的突触做进一步观察。“即便没有dynamin 1,也有大量的突触囊泡形成,真令人惊讶,”De Camilli说,“但我们还看见大量的芽基没能脱离浆膜。它们相互连接,形成前所未见的分岔的管状网络。”
De Camilli说显微研究结果还显示,dynamin 1敲除小鼠的神经元突触囊泡的大小变化明显,这与电生理学研究检测到的神经递质成分出现的变异一致。进一步研究发现,突触囊泡循环跟不上高频率神经刺激,在静止或低频刺激条件下才会出现有效的内吞作用。值得注意的是,研究人员能够通过再引入dynamin 1或通过在dynamin 1敲除小鼠的神经细胞中过表达正常情况下含量很少的dynamin 2和dynamin 3,恢复内吞作用。
De Camilli 总结说:“这篇文章要表达的信息是dynamin 1不是基本的细胞功能所必需的,并且脑部数量巨大的dynamin 1似乎是增加突触功能对刺激的适应性所必需的。”因为果蝇只有一个dynamin 基因,哺乳动物有三个dynamin 基因,dynamin 1的作用也许是增加突触的可塑性。而且,该发现还引发了一个问题:是否dynamin 1真是内吞作用的本质?目前,研究人员正在探索其它dynamin 在神经传递中的功能。(生物通记者 小粥)