《Science》：重审动力蛋白在神经细胞功能中的作用（图）

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）