中美學者用冷凍電鏡解析大腦神經突觸“黑匣子”

　　突觸是大腦行為、意識、學習與記憶等功能的基本結構與功能單元，也是多種腦疾病發生的起源。近期，中國科學技術大學教授畢國強、劉北明與美國加州大學洛杉磯分校教授周正洪組成課題組，利用冷凍電鏡技術對完整突觸進行了系統性定量分析。美國神經科學學會會刊《神經科學》日前以封面形式對此進行了報道。

　　精確解析突觸的分子架構及活動過程，被認為是解密大腦奧妙的最有效方式。早期的研究者發現了突觸中的分子和細胞器組份，揭示了突觸的各種功能特性和規則。但由于手段局限，對其機理還遠沒有充分觀察和解析。

　　近期，課題組利用冷凍電鏡技術，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——興奮、抑制性突觸的精確區分，以及結構特征的定量化分析。他們將大鼠的海馬神經元培養在冷凍電鏡的特型載網上，快速冷凍并直接成像，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，了解了抑制性突觸的均勻薄片狀突觸后致密區結構，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。

　　據介紹，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，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組織結構這一技術難題，奠定了基礎。