神经生物学家发现大脑突触背后广泛使用的组装和稳定力量

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在大脑和神经系统的其他部分，突触是神经元(神经细胞)之间传递关键信号的关键连接点。更具体地说，“谷氨酸能”突触是神经元用来相互激活的主要“兴奋性”突触连接，已知在大小和形状上有广泛的多样性。

长期以来，突触之谜中缺失的一块是对谷氨酸突触是如何组装和维持的解释，这导致了进一步的问题，即大量和多种类型的谷氨酸突触是否存在共同的发育机制或通路。

加州大学圣地亚哥分校(University of California San Diego)的科学家们一直在拼凑弥补神经生物学知识空白的机制。

坂越博士后、邹益民教授及其同事提供了有前景的研究成果10月6日发表在杂志上的新证据科学的进步“平面细胞极性”或PCP是一种强大的信号通路，它系统地沿组织平面极化细胞和组织，是一种广泛使用的机制，用于形成和维持大量突触。

邹教授说:“这篇论文的一个主要结论是，平面细胞极性通路负责绝大多数谷氨酸突触的形成和维持。”“在之前的研究中，我们最初展示了PCP信号通路成员在突触形成中的功能，这篇新论文进一步强调了这一通路在发育中和成熟大脑中控制突触数量的意义。”

在这项新的研究中，邹实验室专注于一种名为刺痛的关键PCP成分的作用，这种成分在小鼠中具有四个家庭成员。在海马体和前额叶皮层的皮刺1和皮刺2被特异性敲除后，研究人员发现谷氨酸突触的数量减少了70-80%。当这些基因在发育早期被删除时，70-80%的突触无法形成。当这些基因在成年期被删除时，70-80%的突触消失了。

为了进一步探索刺痛是如何调节突触数量的，邹实验室培育了模拟人类刺痛2突变的小鼠，这种突变已知会导致自闭症。这些小鼠表现出突触形成的减少或延迟，以及突触中关键蛋白质数量的大幅减少，如谷氨酸受体，这是检测突触前神经元释放的谷氨酸以激活突触后神经元的离子通道。这些结果表明，一些突变可能会导致突变的Prickle2蛋白在组装突触或招募突触功能所必需的关键蛋白时效率降低。这些突变为进一步解剖突触形成和维持的机制提供了有价值的进展。

在这项研究中，研究人员还发现，Prickle2促进突触的形成，并作为由PCP蛋白质形成的关键蛋白质复合物的稳定力量，将两个神经元聚集在突触处。突变的刺痛蛋白不能稳定这种蛋白复合物。

邹说:“这项研究的另一个主要结论是，PCP蛋白的细胞间复合物的稳定性，我们最近发现它对突触的形成和维持至关重要，是由针刺促进的。”“了解PCP复合体如何调节突触的形成和维持，为理解许多涉及突触数量变化的重要生物学和病理过程铺平了道路。例如，刺痛的功能可能包含在病理条件下，这可能导致神经退行性疾病或其他疾病中的突触不稳定。”

图像显示PCP蛋白在调节突触数量中的定位和功能。Vangl2引起突触解体，而针刺拮抗Vangl2促进突触稳定。Fzd3: Frizzled3;PK:刺痛。

邹教授说:“我们之前发现了另一种名为Vangl2的PCP蛋白会破坏突触的稳定。”“在这里，我们证明了刺刺用一种我们仍在试图发现的机制拮抗Vangl2。因此，我们的突触一直处于稳定和不稳定力量的控制之下，这就是我们的大脑，或者至少是大脑的一部分，不断发生变化的部分原因。”

邹和他的同事们现在认为，这种PCP蛋白的细胞间复合物本质上是不对称的，并为极化细胞-细胞连接提供了关键的方向信号。这就是PCP信号如何引入细胞和组织极性。邹实验室的研究人员获得的证据表明，这种连接两个神经元的复合物的不对称性可能导致突触前和突触后复合物的不对称组装，并最终决定了神经信号流动的方向，这是神经元突触的基本特征。

邹教授说:“这是第一次发现控制突触结构和突触传递方向的通路。”

Ban Yue, Yu Ting, Bo Feng, Charlotte Lorenz, Xiaojia Wang, Clayton Baker和邹益民是本文的作者科学的进步研究。该项目由美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)资助(RO1 MH116667 and R21 NS111648)，由邹益民资助。

竞争利益说明:邹市明是VersaPeutics的创始人，拥有股权、薪酬和临时管理职位。该协议的条款已由加州大学圣地亚哥分校根据其利益冲突政策进行了审查和批准。其他作者宣称他们没有其他竞争利益。