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Clamp调节哺乳动物神经元之间的信息传递

MADISON - 神经生物学的一个基本问题让人想起起跑线上的一辆赛车:发动机正在转速,但制动器已开启。系统准备就绪,但受到严密控制。

当灯光闪烁绿色时,汽车开始爆炸。

当不同类型的制动器脱离时,在两个神经细胞之间的连接处发生类似的过程。此时,控制神经信号化学物质释放的机器打开了一个“融合孔”,允许这些神经递质逃逸。只有这样一个信号 - 包含在称为囊泡的微小包装中 - 释放到其他神经元。

今天,在自然通讯杂志上,威斯康星大学麦迪逊分校神经科学教授埃德温查普曼描述了该系统的一个关键组成部分 - 制动器或“夹具”,它可防止融合孔完成其形成和开幕。

霍华德休斯医学研究所调查员查普曼说:“我们需要囊泡来释放它们的内容。”“但释放并不总是合适的。防止毛孔完全形成和开放同样重要。但今天,夹紧或抑制毛孔的生理学问题引起了激烈的争论。我们相信我们对发生的事情有一个确定的答案在哺乳动物神经元中,它与其他人根据无脊椎动物神经元的研究发现的不同。“

融合孔在突触中形成,即相邻神经元之间的连接。包含“SNARE”蛋白质的孔在钙离子喷射引发开口之前不能释放信号。钙传感器是一种名为突触结合蛋白的蛋白质,Chapman现在发现,它也是融合钳的关键。

跨越突触的传递构成了神经系统的每个功能的基础:发出肌肉运动的信号,回忆童年的记忆,感受一个热炉或思考微积分问题。这些中的每一个都建立在神经信号的复杂编排上,通过融合孔释放的囊泡中包含的神经递质从一个神经元传递到另一个神经元。

毛孔形成需要SNARE蛋白的发现获得了2013年诺贝尔奖。但查普曼和其他人提出了一个关键问题:如果SNARE如此适应毛孔,为什么毛孔通常会闭合?

“对突触有很多关注,但没有确定的答案,”他说。“是什么让SNARE不能形成开放的熔合孔?什么是制动器,夹具?什么时候关闭它直到合适的时间?”

在Nature Communications,Chapman,最近的博士后研究员Nicholas Courtney及其同事报告了他们对两种候选钳夹分子的研究:络合素和一种称为syt-1的突触结合蛋白。

查普曼说:“从果蝇和蠕虫中可以得到这种强有力的证据,即复合物是夹钳。”“但我们的新研究排除了在哺乳动物中的作用。

“存在很多混乱,因为不同的模型系统会产生不同的结果,”查普曼补充道。“但是我们在一个模型系统中采取了长期,全面的观察 - 在一个盘子里的哺乳动物细胞。问题是:复合素或syt-1是夹钳吗?还是它们一起工作?”

他发现,在哺乳动物中,络合素不能成为融合钳,因为它起着积极的作用,实际上有助于打开毛孔。奇怪的是,复合素通过syt-1辅助该功能。

但syt-1本身能够夹住毛孔。

“Syt-1因此是长期寻求的制动器,可防止突触间的错误信号,”查普曼说。

Chapman说,赛车类比很合适,因为在神经系统中必须有触发速度。

“在我们的生理学中,神经末梢具有最严格的调节 - 毫秒精度,”他说。“当肾脏制造尿液时,它不需要这样的准确性。但是神经元和神经内分泌细胞[就像那些产生肾上腺素的细胞]专门用于速度。你需要让它们准备好,等待触发。突触是持有的处于被捕状态,并且繁荣!它获得信号,信号通过。突触的速度决定了我们的大脑工作的速度。这是重要的事情。“

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