Cell子刊：活体观察突触的形成

　　

生物通报到：Oregon大学的科学家们通过转盘扫描显微镜，对斑马鱼胚胎发育进行了观察，解析了中枢神经系统的突触形成机制。文章提前发表在Cell旗下的Cell Reports杂志上。

突触形成是一个复杂的过程，需要招募和装配大量蛋白。此前，人们并不了解突触形成时，相关蛋白的转运和招募机制。现在，科学家们通过活体成像，展现了突触组成元件到达突触形成位点的过程。

斑马鱼一直是研究早期发育和人类疾病的重要模式生物。研究人员在斑马鱼的透明胚胎中发现，携带蛋白的囊泡沿着轴突运输，有序到达突触形成位点。这是首次在活体脊椎动物中，对谷氨酸驱动的突触形成进行观察。

脊椎动物的绝大多数突触形成，都使用谷氨酸作为神经递质，若这一过程遭到破坏，就可能引发孤独症、精神分裂症和智力低下等疾病。

研究人员使用免疫荧光标记，对还不到24小时的斑马鱼胚胎进行研究。尽管这些胚胎还不足一毫米长，但其脊髓中的神经元已经开始形成突触连接。研究人员进行了持续两小时的观察，每三十秒成像一次。

“如果我们对人类发育做类似观察会发现，皮层内大多数突触的形成过程，自出生起会持续两年左右，”Oregon大学的生物学教授Philip Washbourne说。

2000年曾有体外研究，鉴定了一个运输突触相关蛋白的囊泡。而2004年的一项研究认为，负责运送蛋白的是另外两种囊泡。在这项研究中，研究者们通过长时间的活体观察得出了结论，至少存在三个这样的运输囊泡，而且可能还有更多。

“神经元的轴突很长，我们可以把它们视为蛋白运输的高速公路。人类的轴突可以达到一米长，从脊髓一直延伸到大脚趾，” Washbourne说。“细胞体中合成的蛋白，需要沿着轴突运输出去，而我们的研究展示了这一过程的复杂性。”

负责运输的三种囊泡分别是：运送突触蛋白Synapsin的囊泡， STV囊泡和PTV囊泡。研究显示，这三种囊泡的招募和装配是有序的，而且这种顺序至关重要。其中STV先于PTV，而synapsin囊泡总是第三。此外研究人员还发现，细胞周期蛋白依赖性激酶Cdk5能够特异性调节synapsin囊泡的招募。

“了解这些过程，可以帮助我们理解与神经发育有关的疾病，”Washbourne说。“我们发现，与孤独症有关的基因参与了这些过程，进一步的深入研究有望找到新治疗靶点，以校正相关基因上的突变。”

 

（生物通编辑：叶予）

生物通推荐原文摘要：

Late Recruitment of Synapsin to Nascent Synapses Is Regulated by Cdk5

Synapse formation is a complex process that involves the recruitment and assembly of a myriad of pre- and postsynaptic proteins. Despite being present at every synapse in the vertebrate CNS, little is known about the transport, recruitment, and stabilization of synapsin at nascent synapses during development. We examined the transport and recruitment of synapsin to nascent presynaptic terminals in vivo in the developing zebrafish spinal cord. Synapsin was transported in a transport packet independently of two other presynaptic organelles: synaptic vesicle (SV) protein transport vesicles (STVs) and Piccolo-containing active zone precursor transport vesicles (PTVs). During presynaptic assembly, recruitment of all three transport packets occurred in an ordered sequence: STVs preceded PTVs, which in turn preceded synapsin. Importantly, cyclin-dependent kinase 5 (Cdk5) specifically regulated the late recruitment of synapsin transport packets at synapses. These results point to additional layers of complexity in the established mechanisms of synaptogenesis.