编辑推荐：
新的研究表明，一种亚细胞结构网络类似于那些负责传播分子信号使肌肉收缩的网络，也负责在大脑中传递可能促进学习和记忆的信号。
我们的二头肌和脑细胞可能比我们之前认为的有更多的共同之处。
由利平科特-施瓦茨实验室领导的一项新研究表明，一种亚细胞结构网络与负责传播使肌肉收缩的分子信号的网络类似，也负责在大脑中传递可能促进学习和记忆的信号。
“爱因斯坦说，当他使用他的大脑时，就像他在使用肌肉一样，在这方面，这里有一些相似之处，”Janelia高级组长Jennifer Lippincott-Schwartz说。“在这两种情况下，同样的机制在运行，但读数不同。”
当Janelia的科学家注意到内质网（ER）的一些奇怪现象时，关于大脑和肌肉细胞之间可能联系的第一条线索出现了。内质网是细胞内的膜片和褶皱，对许多细胞功能至关重要。
洛雷娜·贝内代蒂（Lorena Benedetti）是lippincottot - schwartz实验室的一名研究科学家，她在沿着哺乳动物神经元内质网表面以高分辨率跟踪分子时，发现分子沿着整个树突（树突是脑细胞上接收输入信号的树枝状延伸）的长度追踪一个重复的阶梯状模式。
大约在同一时间，高级组长Stephan Saalfeld提醒lippincottt - schwartz注意果蝇大脑中神经元的高分辨率3D电子显微镜图像，其中ER也形成了规则间隔的横向结构。
急诊室通常看起来像一个巨大的、动态的网，所以利平科特-施瓦茨一看到这些结构，就知道她的实验室需要弄清楚它们的用途。
“在科学中，结构就是功能，”Lippincott-Schwartz说，他也是Janelia 4D细胞生理学研究领域的负责人。“这是一个不寻常的、美丽的结构，我们在整个树突中都看到了，所以我们觉得它一定有一些重要的功能。”
由Benedetti领导的研究人员首先观察了身体上唯一一个已知具有类似阶梯状内质网结构的部位：肌肉组织。在肌肉细胞中，内质网和细胞质膜（细胞的外膜）在周期性接触点相遇，这种接触是由一种叫做亲结膜蛋白的分子控制的。
通过高分辨率成像，研究人员发现树突也含有一种连接亲蛋白，它控制着内质网和质膜之间的接触部位。此外，研究小组发现，控制肌肉细胞接触部位钙释放的分子机制——钙驱动肌肉收缩——也存在于树突接触部位——钙调节神经元信号。
由于这些线索，研究人员有一种预感，树突接触部位的分子机制对于传递钙信号也很重要，钙信号是细胞用来交流的。他们怀疑树突上的接触点可能就像电报机上的中继器一样：接收、放大并远距离传播信号。在神经元中，这可以解释在树突上的特定位置接收到的信号是如何传递到数百微米外的细胞体的。
贝内代蒂说：“这些信息是如何长距离传播的，以及钙信号是如何被特别放大的，这些都还不清楚。”“我们认为ER可以发挥这一作用，这些规律分布的接触点是空间和时间上的局部放大器：它们可以接收这种钙信号，在局部放大这种钙信号，并在一段距离内传递这种钙信号。”
研究人员发现，当神经元信号导致钙通过位于接触部位的电压门控离子通道蛋白进入树突时，这一过程就会被触发。虽然最初的钙信号消散得很快，但它会触发接触部位内质网释放额外的钙。
这种钙在接触部位的涌入吸引并激活了一种叫做CaMKII的激酶，一种已知对记忆很重要的蛋白质。CaMKII改变了质膜的生化特性，改变了传递到质膜上的信号强度。
这个过程从一个接触点到另一个接触点，沿着树突一直到细胞体，在那里神经元决定如何与其他神经元交流。
这项新研究揭示了脑细胞中信号传递的一种新机制，并有助于回答神经科学中的一个悬而未决的问题，即细胞内信号是如何在神经元中长距离传播的，从而使在树突上特定位置接收到的信息在大脑中得到处理。
它还揭示了突触可塑性的分子机制——神经元连接的增强或减弱，使学习和记忆成为可能。在分子水平上弄清楚这个过程可以增加对大脑如何正常工作的理解，以及对这些过程出错的疾病的理解，比如阿尔茨海默氏症。
“我们正在展示一种结构——一种美丽的结构——在亚细胞组织水平上运作，对整个神经系统对-à-vis钙信号传导的运作方式产生巨大影响。这是一个很好的例子，说明在科学研究中，如果你看到一个美丽的结构，它可以带你进入一个全新的世界。”
生物通微信公众号
生物通 版权所有
