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科学研究确定离子通道成分是神经元连接的关键调节剂

钙通道的成分在突触形成中起决定性作用。由于所涉及的实验挑战,这是一项包含十多年研究的研究的令人惊讶的结论。研究结果发表在PNAS上今天。位于奥地利克雷姆斯的卡尔·兰德斯坦纳健康科学大学(KL Krems)的心理健康与神经科学研究计划中的实验室致力于研究所谓的电压门控钙通道的调节蛋白的神经元功能。近年来,这些称为α2δ的蛋白质已成为神经细胞之间突触传递的重要调节剂。这些蛋白质的当前发现关键地调节中枢神经系统中兴奋性突触的形成,但是令人惊讶。

神经带电。生动的画面,但考虑到离子流实际上会传递与现实相距不远的神经信号。神经细胞之间的信号传递取决于电压门控钙通道。这些通道触发突触(神经元之间的连接)处神经递质的释放,从而调节大脑的高级功能,例如学习和记忆。α2δ蛋白是钙通道的调节成分,并且还充当加巴喷丁(一种用于治疗癫痫和神经性疼痛的药物)的靶标。但是,由于特定的原因,要弄清这些蛋白质的突触功能已被证明是极其困难的。在一项由十年研究组成的项目中,由KL Krems生理学系主任Gerald Obermair教授领导的研究小组现已在心理健康与神经科学研究计划中确定了这种蛋白质令人惊讶的基础性新功能。

三步淘汰赛

表征蛋白质的最新方法包括“敲除”蛋白质的基因,然后分析各种细胞功能的结果。但是,大脑中存在三种不同类型的α2δ蛋白-这三种同工型中的每一种都可以在一定程度上补偿其他蛋白的损失。正如Obermair教授所解释的那样,这一事实带来了重大的实验挑战:“每个同工型均由其自身的基因编码。如果我们敲除其中一个,则至少在某种程度上,其他蛋白质会作为替代品进入。因此,我们有了提出一个实验模型,其中三个基因都不表达。” 事实证明,这是一个巨大的实验挑战,成功率不到5%。但是,在克服了这一障碍之后,团队取得了独特的新颖发现。

Obermair教授说:“我们的发现给出了令人惊讶的结论:突触前α2δ蛋白对于形成兴奋性突触绝对必不可少。”奥地利因斯布鲁克医科大学发起的多年研究成果表明。“α2δ蛋白的这一新作用远远超出了细胞钙电流的调控。” 奥伯麦尔(Obermair)团队和其他人最近的出版物已经提出了α2δ蛋白的“反式突触”功能,但是,这种新的基本作用并不立刻明显。但是,在许多实验过程中,部分是与其他国际实验室合作,例如由奥地利科学技术研究所重本龙一教授领导的研究小组,逐渐得出了结论性的图景。

α2δ蛋白的特殊作用

实验表明,没有α2δ蛋白的神经细胞突触不能释放神经递质。此外,它们还缺乏钙通道以及突触神经递质囊泡的关键成分。这导致神经末梢的分化不足,并随后使突触后神经细胞上的谷氨酸受体减少。这一起表明α2δ蛋白组织了突触两侧之间的桥接。最后,遗传细胞疗法被用来证明大脑中发现的三种类型的α2δ蛋白中的每一种都能够恢复突触的形成和突触功能,突显了这些蛋白的中心位置。总之,实验揭示了α2δ蛋白在组织兴奋性突触中的关键作用。

Obermair教授说:“α2δ蛋白在神经细胞之间连接的形成和分化中起着显著作用。” “这项研究影响了我们对突触连接形成的基本理解。实际上,它甚至暗示α2δ可能是突触周围组织的成核点。” 目前的发现将有助于人们对该蛋白质在神经系统疾病和神经精神疾病的临床表现中的作用的进一步了解,从而有助于将这些开创性的基础研究结果转化为对患者具有附加价值。

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