09神经所新发三篇文章

　　

神经元树突树状分枝和兴奋性突触强度在神经环路发育过程中的协同变化


哺乳动物脑内的神经元具有形态复杂的树突结构，这些结构通常是区分各种细胞类型的重要特征。由于树突是接受神经信号传入的主要部位，树突的形态发生对突触信号的输入、处理以及神经环路的形成起重要作用。神经环路的正常发育依赖于神经元树突形态和突触功能的同步变化，且这两者均受整个神经网络电活动的调控。关于神经网络电活动分别调控树突树状分枝或兴奋性突触强度的报道已有很多，但尚未有研究探讨树突形态与单个兴奋性突触强度的相关性。

2009年1月15日美国《神经元》杂志发表了神经所于翔研究组与美国斯坦福大学Malenka教授研究组合作完成的工作《神经元树突树突分枝与突触强度在神经环路发育过程中的协同变化》，神经所的工作主要由彭懿蓉、何姗同学完成。该研究工作首次提供了关于神经网络电活动协同调节树突总长度与单个兴奋性突触的强度的实验证据。发现在离体培养的海马锥体神经元中，过表达细胞黏附分子β-catenin可通过增加神经元树突树状分枝繁茂程度，在不影响神经元兴奋性的情况下，模拟神经网络电活动增强导致的兴奋性突触传递的稳态。在单个神经元中过表达可绑定并抑制β-catenin功能的N(intra)分子，可同时抑制神经网络电活动增强导致的树突形态及突触功能的变化。通过对电生理记录的神经元进行三维重构，发现其树突总长度与单个兴奋性突触的强度（mEPSC的幅度）有负相关性。在体瞬时转基因操作及急性脑片电生理记录与转基因神经元的三维重构，验证了β-catenin过表达对神经元树突形态及突触功能的调节作用。结果显示树突总长度的增加是介导兴奋性突触传递稳态的充分及必要条件，为研究神经网络电活动介导的突触稳态提供了新的机制。结果还提示在发育过程中，神经网络电活动可能通过上述机制协同调节神经元树突形态与突触功能的变化。


《神经科学杂志》发表神经所关于树突生长的最新研究发现

复杂多样的形态是神经元的重要特征。在发育过程中，神经元产生许多突起，伸展出的树突结构接受并整合传入信息，与学习记忆等高级脑功能密切相关。虽然在大脑发育过程或接受外界活性刺激的情况下，神经元的形态会发生精细的重构，但这些复杂有序的树突结构是如何形成，及其在脑损伤或外界活性刺激条件下结构重塑的机制尚不清楚。外界的信号刺激以及细胞内的基因转录对树突的结构均有重要的作用。CREB（环腺苷酸应答元件结合蛋白）作为一个经典的核内转录因子，可以响应外界的信号，启动下游基因的转录，最终调节树突的形态发育；然而对于CREB如何作为一个介导因子发挥其调控作用、外界的刺激如何诱导CREB下游基因的转录从而影响树突的发育结构的机制却并不清楚。

2009年2月25日《神经科学杂志》（Journal of Neuroscience）发表了熊志奇研究组关于神经元电活性如何决定神经元形态的工作《CREB共激活因子TORC1调控活性依赖的CREB下游基因转录和皮层神经元的树突发育》，主要由博士生李帅完成。发现神经元电活性可以诱导CREB的转录共激活因子TORC1从胞浆穿梭到胞核，从而启动CREB下游基因的转录；而盐诱导激酶SIK，CREB的一个下游基因，则通过负反馈机制磷酸化TORC1并将其从核内排除，从而终止了CREB下游基因的转录。此项研究的意义在于为CREB介导的基因转录提供了新的机理，并且解释了CREB激活和下游基因表达在时程上的不一致性。研究还进一步发现TORC1对树突的发育有着重要的作用；通过体内和体外基因操作发现干扰TORC1可以抑制神经元电活性诱导的树突发育，而过表达TORC1则会明显促进树突的复杂程度。在神经系统中，CREB具有重要而广泛的功能，并且在学习记忆中起着至关重要的功能。这项工作发现TORC1/SIK1是调控神经元中CREB下游基因转录的钥匙，对神经元树突发育起重要的调控功能。

该项工作得到了国家科技部、国家自然科学基金委和中国科学院资助。



《细胞》发表神经所关于神经元蛋白极性分布机制的研究成果

神经元是一种极性细胞，以轴突的起始段为界，可分为轴突和胞体树突两大部分。树突负责接收信息，轴突则负责输出信息。这种不对称的功能，依赖于不同功能的蛋白在轴突和树突上的不对称分布。神经元蛋白的极性分布如何形成以及维持，是神经生物学领域的重要问题。

蒲慕明和段树民两位研究员联合指导的博士生宋瑷宏等研究发现，在接近胞体的轴突起始段（AIS）存在一个由肌动蛋白和Ankyrin G构成的分子筛，像滤网一样限制了大分子蛋白在轴突和胞体之间的扩散，但允许某些依赖特定马达蛋白转运的膜蛋白通过。进一步的研究发现，马达蛋白驱动力的强弱，以及膜蛋白-马达蛋白复合体运输效能的高低，是膜蛋白能否通过AIS分子筛的决定条件。轴突膜蛋白转运复合体VAMP2-KIF5的运输效能较高，可以穿过分子筛从胞体转运到轴突内，而树突膜蛋白转运复合体NR2B-KIF17和GluR2-KIF5的运输效能较低，不能穿越这个胞浆屏障。这一新颖的机制，为研究神经元蛋白的极性分布提供了崭新的角度，具有重要的理论意义。国际著名杂志《Cell》于3月5日在线发表该研究成果，并将于3月19日印刷发表该论文。