中國科研人員解密神經突觸“黑匣子”

　　記者10日從中國科學技術大學獲悉，該校科研人員在利用冷凍電鏡解析神經突觸超微結構方面取得突破，解密了神經突觸“黑匣子”。

　　國際學術期刊美國神經科學學會會刊《神經科學期刊》(《Journal of Neuroscience》)近日以封面形式報道了該項研究成果。

　　突觸是大腦行為、意識、學習與記憶等功能的最基本結構與功能單元，同時也是多種腦疾病發生的起源。精確解析突觸的分子組織架構及其在神經活動過程中的變化，被認為是解密大腦奧妙的最直接有效的方法，也是神經科學中最基礎的研究工作之一。

　　早期，生化與分子生物學、電生理學等研究發現了突觸中的各種大量分子和細胞器組份，并揭示了突觸的各種功能特性和可塑性規則。然而，由于研究手段的局限，突觸中的這些不同組件是如何組織成復雜的機器來執行不同的功能，還遠遠沒有充分觀察和解析。

　　中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心與生命科學學院畢國強、劉北明與周正洪教授合作，利用最新發展的冷凍電子斷層三維重構技術(cryoET)，結合自主研發的冷凍光電關聯顯微成像技術，實現了對中樞神經系統中兩類最主要突觸的定量化分析。通過將大鼠的海馬神經元培養在冷凍電鏡的特型載網上，課題組獲得了一系列完整突觸在近生理狀態下的三維結構。

　　結合定量分析手段，首次報道了抑制性突觸的均勻薄片狀突觸后致密區結構，并發現兩類突觸中均存在橢球狀突觸囊泡，結束了關于兩類突觸在突觸囊泡和突觸后致密區形態精細結構上的由來已久的爭論。

　　隨后，課題組進一步獲得了突觸在分子水平的精細組織架構，實現了在突觸原位直接觀察單個神經遞質受體蛋白復合物及其與支架蛋白的相互作用。

　　這是當前國際上首次利用冷凍電鏡技術對完整突觸進行系統性定量分析。該工作一方面推動了對突觸超微結構與功能這一“黑匣子”的解密，另一方面為突破冷凍電鏡技術在復雜細胞體系中原位解析生物大分子復合物的組織結構這一技術難題奠定了基礎。