(薩克拉門托)——30 年來，在海馬(大腦的一部分)神經(jīng)元細胞體上發(fā)現(xiàn)的神秘蛋白質(zhì)簇讓詹姆斯·特里默 (James Trimmer)既好奇又困惑。
現(xiàn)在，加州大學戴維斯分校醫(yī)學院杰出的生理學和膜生物學教授可能終于有了答案。在PNAS 上發(fā)表的一項新研究中，Trimmer 和他的同事揭示了這些蛋白質(zhì)簇是神經(jīng)元中鈣信號傳導的“熱點”，在激活基因轉(zhuǎn)錄中起著至關(guān)重要的作用。
轉(zhuǎn)錄允許神經(jīng)元 DNA 的一部分被“轉(zhuǎn)錄”成 RNA 鏈，然后用于制造細胞所需的蛋白質(zhì)。
在許多動物中發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)
Trimmer 的實驗室研究小鼠體內(nèi)的神秘簇，但它們存在于無脊椎動物和所有脊椎動物中——包括人類。Trimmer 估計單個神經(jīng)元上可以有 50 到 100 個這樣的大簇。
他和他的同事知道這些簇是由一種蛋白質(zhì)形成的，這種蛋白質(zhì)使鉀離子穿過膜(鉀通道)。他們還知道這些簇包含一種特殊類型的鈣通道。鈣通道允許鈣進入細胞，根據(jù)細胞類型觸發(fā)各種生理反應(yīng)。
“這些簇在神經(jīng)元中的存在是高度保守的，”特里默說。高度保守的特征在進化時間尺度上相對不變，這表明它們在這些非常不同類型的動物中具有重要的功能特性。
海馬體是大腦中神經(jīng)元上發(fā)現(xiàn)簇的區(qū)域之一，在學習和記憶中起著重要作用。研究人員知道，對這些簇的破壞——例如，鉀通道中的基因突變——會導致嚴重的神經(jīng)系統(tǒng)疾病。但不清楚為什么。
“我們早就知道其他類型的離子通道簇的功能，例如突觸中的那些。然而，細胞體上的這些更大的結(jié)構(gòu)在神經(jīng)元的生理學中沒有已知的作用，”特里默說。
實驗用“誘餌”淹沒鈣通道
揭示神經(jīng)元簇功能的實驗是由Trimmer 實驗室的博士后研究員、該研究的主要作者Nicholas C. Vierra設(shè)計的。
“我們開發(fā)了一種方法，可以讓我們將鈣通道與神經(jīng)元中的鉀通道簇分離。一個關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)是這種治療阻斷了鈣觸發(fā)的基因表達。這表明這些簇中的鈣通道-鉀通道伙伴關(guān)系對神經(jīng)元功能很重要，”Vierra 說。
在他們的實驗中，研究人員通過用誘餌鉀通道片段淹沒神經(jīng)元來“欺騙”這些簇中的鈣通道。當鈣通道抓住誘餌而不是真正的鉀通道時，它們就會從簇上掉下來。
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