神经元膜下周期性骨架调控新发现：Paralemmin-1 的关键作用

为探究神经元膜相关周期性骨架（MPS）的调控机制，研究人员聚焦 Paralemmin-1（Palm1），发现其可调节 MPS 周期性，影响神经元电生理特性，这有助于深入理解相关生理病理过程。

　　

在神经元的微观世界里，有一种神秘的结构 —— 膜相关周期性骨架（MPS），它就像神经元的 “隐形铠甲”，对神经元的形态维持、信号传递以及动作电位传导起着至关重要的作用。MPS 呈现出高度有序的 190 纳米周期性肌动蛋白 - 血影蛋白晶格结构，沿着轴突分布，其中肌动蛋白丝形成环状结构，间隔约 190 纳米，由血影蛋白四聚体维持其间距。然而，尽管科学家们知道 MPS 的重要性，但其组装和调节机制却如同迷雾，许多关键问题仍未得到解答，比如究竟是哪些分子在精准调控 MPS 的周期性？这些调控机制的异常是否与神经系统疾病相关？

为了揭开这些谜团，来自国外的研究人员展开了一项深入的研究。他们将目光聚焦在 Paralemmin-1（Palm1）蛋白上，试图探究其在神经元中的功能以及与 MPS 之间的神秘联系。这项研究成果发表在《SCIENCE ADVANCES》杂志上，为我们理解神经元的奥秘提供了新的视角。

研究人员在这项研究中运用了多种关键技术方法。首先是酵母双杂交（Y2H）技术，这一技术就像是分子世界的 “探测器”，能够精准地寻找蛋白质之间的相互作用。通过它，研究人员发现了 Palm1 与 βII - 血影蛋白之间的结合关系。其次，超分辨率显微镜技术，如受激发射损耗（STED）纳米显微镜和 MINFLUX 显微镜技术，让研究人员能够突破传统显微镜的分辨率限制，以纳米级别的精度观察神经元内蛋白质的分布和组织，直观地看到 Palm1 在 MPS 中的定位和周期性排列。此外，基因编辑技术也发挥了重要作用，通过构建 Palm1 基因敲除（Palm1-KO）小鼠模型，研究人员可以研究 Palm1 缺失对神经元发育和 MPS 组织的影响，同时进行过表达实验，观察 Palm1 过量表达时的变化。还有电生理分析技术，它能够检测神经元的电生理特性，帮助研究人员了解 Palm1 对神经元功能的影响。

下面来看看具体的研究结果：

• Palm1 与 βII - 血影蛋白的结合及在 MPS 中的定位：通过 Y2H 筛选，研究人员发现 Palm1 能与 βII - 血影蛋白的 N 端区域（氨基酸 261 - 307）结合，该区域靠近 βII - 血影蛋白的肌动蛋白结合位点。STED 纳米显微镜观察显示，Palm1 在成熟大鼠海马神经元（HPN）的轴突上呈周期性排列，与 βII - 血影蛋白交替出现，并与 adducin 共定位，这表明 Palm1 是 MPS 的组成部分。

• Palm1 在神经元发育过程中的分布和周期性变化：研究人员对不同发育阶段的 HPN 进行研究，发现 Palm1 在神经元发育早期（DIV 1）就广泛分布于所有神经元区域，且在远端神经突中的出现早于 βII - 血影蛋白。但在早期，Palm1 的纳米级组织缺乏周期性，直到 DIV 12 才在中远端轴突获得长程周期性，这表明 Palm1 在 MPS 组装过程中逐渐融入并发挥作用。

• Palm1 剪接变体的功能：在大脑匀浆中鉴定出 Palm1 的两种剪接变体（全长 Palm1 和 Palm1ΔEx8），它们在神经元中共同表达。过表达实验显示，两种变体均能增加神经元突起的分支，且在成熟神经元中，它们融入 MPS 的速度相似，表明这两种变体在调节神经元形态和 MPS 掺入率方面功能相近。

• Palm1 对 MPS 周期性的调控作用：过表达实验表明，YFP - Palm1 和 YFP - Palm1ΔEx8 均能增强 βII - 血影蛋白的周期性，且这种增强作用与 βII - 血影蛋白的浓度无关。相反，Palm1-KO 小鼠的神经元中，βII - 血影蛋白、adducin 和 ankB 的周期性显著降低，这表明 Palm1 的表达水平能够调节 MPS 的周期性。

• Palm1 对神经元电生理特性的影响：Palm1-KO 神经元的电生理特性发生改变，如微小兴奋性突触后电流（mEPSC）频率降低，PSD - 95（一种突触后密度标记蛋白）的分布和形态改变，同时神经元的兴奋性增加，这表明 Palm1 不仅影响 MPS 的组织，还对神经元的内在生理功能和突触后调节能力有重要影响。

• Palm1 与 MPS 相互作用的分子机制：通过定点突变和 Y2H 实验，研究人员发现 Palm1 的 “paralemmin motif” 中的色氨酸残基 W54 对其招募到 MPS 和增强 MPS 周期性至关重要，而 Palm1 的核心结构域（主要由外显子 8 编码）则介导了与 βII - 血影蛋白的结合。MINFLUX 显微镜技术进一步揭示，Palm1 紧密位于肌动蛋白环上 adducin 的两侧，精确地定位了 Palm1 在 MPS 中的位置。

研究结论和讨论部分指出，Palm1 作为 MPS 的关键组成部分和调节因子，其表达水平能够精确调控 MPS 的周期性，而不影响 MPS 主要成分的局部浓度。Palm1 的不同结构域在与 βII - 血影蛋白结合和调节 MPS 方面发挥着独特作用，“paralemmin motif” 参与 MPS 招募和周期性调节，核心结构域则负责与 βII - 血影蛋白的紧密结合。此外，Palm1 在神经元发育早期可能参与促进 MPS 的组装，其功能异常可能导致神经元电生理特性改变，进而影响神经系统的正常功能。

这项研究的重要意义在于，首次明确了 Palm1 在 MPS 组织中的关键作用，为深入理解神经元膜下肌动蛋白 - 血影蛋白细胞骨架的组装和可塑性提供了重要依据。同时，研究中发现的 Palm1 与 βII - 血影蛋白的相互作用机制以及 Palm1 对神经元电生理特性的影响，为进一步研究神经系统疾病的发病机制提供了新的方向。未来，研究人员可以基于这些发现，进一步探究 Palm1 在其他细胞类型中的功能，以及其在神经系统疾病中的潜在治疗靶点作用，有望为相关疾病的治疗开辟新的道路。