Science：连接大脑神经元的“螺丝钉”

　　

大脑由大量相互连接的神经元组成。几十年来，神经细胞在发育过程中如何复杂地生长成功能电路一直吸引着研究人员。弗兰德斯生物技术研究所（VIB）和鲁文大学的一组科学家现在发现了果蝇的一种新的信号机制，这种机制可以指定大脑中神经回路的形成。

大约1000亿个神经元在我们的大脑中形成了一个复杂而相互连接的网络，允许我们产生复杂的思维模式和行为。神经元有各种大小和形状，但大多有长突起，通过称为突触的专门信息传递结构与邻近细胞相连。

这个复杂的网络在早期发育过程中的形成吸引了许多神经科学家，包括Dietmar Schmucker教授，他致力于研究神经电路。他说：“大脑的正常功能依赖于神经细胞延伸的非常受控的分支，即轴突和树突，以及在这些分支的精确位置上正确形成突触。指定突触的形成决定了神经元细胞‘被允许’形成的潜在连接的位置和数量。因此，控制每个神经元分支的突触数目对于正确形成复杂的大脑回路至关重要。”

新成员

Schmucker的研究小组转向正在发育的果蝇大脑，研究哪些分子参与控制特定亚细胞间室中突触的形成。利用单细胞基因分析方法，研究人员可以标记和操纵果蝇神经系统中的单个神经元突起，果蝇是神经科学家常用的模型生物。

“我们在同一类型神经元的单个突起的神经元分支和突触数目上发现了差异，”实验室的一位博士后Olivier Urwyler解释说，他开发了这个新的实验系统。现在是他是苏黎世大学的一位研究组组长。一种名为Prl-1的磷酸酶对在给定神经元的哪个部位形成最高密度的突触连接起着决定性作用。

在果蝇中，Prl-1的缺失导致了几种不同电路神经元连接的形成缺陷，表明这种蛋白磷酸酶在电路形成中具有普遍的重要性。研究小组还确定了信号通路Prl-1发挥其功能的途径。

“令人惊讶的是，是最普遍作用的信号通路之一，胰岛素受体/Akt/mTor通路，这条通路在许多生理反应、细胞生长和癌症中都是必需的，”Urwyler说。“将Prl-1的亚细胞蛋白分布限制在一个小的间隔内会导致这种有效的信号级联，从而局部促进突触的形成。”

从果蝇到人类？

缺少Prl-1的果蝇表现出严重的运动问题。有趣的是，如果Prl-1被错误地过度表达和失控，它就会驱动癌细胞的转移行为。

由于Prl-1磷酸酶从无脊椎动物到哺乳动物都是保守的，这对人类意味着什么？根据Schmucker的说法，它们在人脑不同区域的存在意味着在脊椎动物大脑发育过程中，Prl-1磷酸酶以类似的方式发挥作用：

Prl-1的区域化限制也可以作为一种特异性因子来控制人类神经元中突触连接的精确调节，类似于我们在果蝇神经电路和突触组装中所显示的效果。

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原文检索：Prl-1 phosphatase directs compartmentalized control of InR/Akt signaling during CNS synapse formation, Urwyler et al., Science 2019

（生物通：伍松）