Nature子刊解析巨突触的形成

人类和绝大多数哺乳动物，能够相当敏锐的判断声音来源的空间位置。人们已知的最大脑部突触，就是这一过程的核心。现在，科学家们揭示了这些巨突触形成的机制，这一机制使我们能够极为有效的处理听觉信息。

　　

生物通报道：人类和绝大多数哺乳动物，能够相当敏锐的判断声音来源的空间位置。声音信息到达左右两耳的时间存在微小的延迟，为了判断声音的来源，大脑发展出了能够快速检测上述延迟的环路。人们已知的最大脑部突触，就是这一环路的核心。现在，科学家们揭示了这些巨突触形成的机制，这一机制使我们能够极为有效的处理听觉信息。

大型突触通讯更快

一般来说，神经元之间存在大量被称为突触的接触点。在给定的时间范围内，神经元必须从邻近神经元接受信号，并发出自身信号作为回应。这时，神经元之间的信息传递，是一种相对随机的方式。

但大脑中的听觉系统却并非如此，该系统内的突触往往非常大，被称为“Calyx of Held”突触。这些巨型突触拥有数以百计的接触点，能够快速的传递信号。“这可以说是一种神经元之间的点对点通讯，”领导这项研究的Ralf Schneggenburger教授说。与绝大多数其他神经环路相比，这种巨型突触处理信息特别快。

EPFL的研究人员在Nature Neuroscience杂志上发表研究，鉴定了起始上述巨突触生长的特定蛋白，并描述了这些蛋白的作用，为多种神经学疾病带来了新的启示。

鉴定蛋白

研究人员在小鼠中进行了全基因组筛查，发现BMP蛋白家族的一些成员是calyx区域的潜在信号分子。为了验证BMP蛋白的功能，研究人员使小鼠脑部听觉区域的BMP蛋白受体失活。“巨突触Calyx of Held区域的生理学信号发生了显著的改变，”文章的第一作者Le Xiao说。

随后，研究人员在电镜观察的基础上进行了三维重建，发现BMP蛋白受体失活后，不能形成单个巨大的Calyx of Held突触，而是出现了数个较小的突触。“这说明BMP蛋白参与的过程，既起始Calyx of Held突触的生长，还避免了其他突触的出现，”Schneggenburger说。

研究显示，去除小鼠听觉系统的BMP受体，会使突触发生形态学和功能性的异常，损害神经终端的生长，减少成熟神经递质的释放。

突触连接，神经学疾病的关键

这一研究增加了人们对听觉系统的了解，展示了BMP蛋白在大脑突触连接中的重要作用。目前，Schneggenburger及其同事正在研究BMP蛋白对大脑其他部位的作用。“精神分裂症、孤独症等一些神经学疾病中，大脑关键区域的突触连接发生了异常，”Schneggenburger解释道。了解这一过程中各蛋白的功能，可以帮助科学家们进一步了解相关疾病。

 

（生物通编辑：叶予）

生物通推荐原文摘要：

BMP signaling specifies the development of a large and fast CNS synapse

Large excitatory synapses with multiple active zones ensure reliable and fast information transfer at specific points in neuronal circuits. However, the mechanisms that determine synapse size in CNS circuits are largely unknown. Here we use the calyx of Held synapse, a major relay in the auditory system, to identify and study signaling pathways that specify large nerve terminal size and fast synaptic transmission. Using genome-wide screening, we identified bone morphogenetic proteins (BMPs) as candidate signaling molecules in the area of calyx synapses. Conditional deletion of BMP receptors in the auditory system of mice led to aberrations of synapse morphology and function specifically at the calyx of Held, with impaired nerve terminal growth, loss of monoinnervation and less mature transmitter release properties. Thus, BMP signaling specifies large and fast-transmitting synapses in the auditory system in a process that shares homologies with, but also extends beyond, retrograde BMP signaling at Drosophila neuromuscular synapses.