科学家发现神经细胞的“涡轮增压器”

时间：2021-05-26 17:52:09 来源：

鼠标脑干中的声音定位突触（Calyx）。绿色区域是释放神经递质的突触。接收细胞是灰色的。mpi f。实验医学，本杰明H. Cooper

在新出版的研究中，来自MAX Planck实验医学研究所的科学家和生物物理化学揭示了一种促进大脑中神经元的信号功能的关键机制。

定位一辆汽车在繁忙的交通中吹喇叭，在足球之间跳跃，在电视上跳跃而不失去情节，而不是忘记我们已经阅读到底的句子的开始 - 我们认为所有这些都是如此是正常的日常功能。他们使我们能够对快速变化的环境作出反应，并正确执行甚至复杂的活动。为此工作，我们大脑中的神经元电路必须非常灵活。在Max Planck实验医学和哥廷根的Max Planck实验医学研究院和生物物理化学的领导下工作的科学家现在发现了一种重要的分子机制，使神经元变成真正的适应大师。

神经元通过称为突触的专用细胞对细胞接触彼此互相通信。首先，兴奋的发射神经元并排出称为神经递质的化学信使。然后，这些信号分子到达接收细胞并影响其活化状态。发射器放电过程高度复杂和强烈调节。其主角是突触囊泡，由膜包围的小型水疱，其装载有神经递质，通过熔断细胞膜来释放它们。为了能够在通过释放发射器随时响应刺激，神经元必须具有一定量的囊泡，即可在其每个突触处进行。繁殖一直在研究该储存的分子基础。

问题不仅仅是学术。“突触在突触的立即可释放的囊泡的数量决定了其可靠性，”培养说明。“如果有太少的话，它们被补充得太慢，在重复激活的条件下，相应的突触变得非常迅速。相反适用于突触在压力下快速充值其立即可用的囊泡时。事实上，这种突触甚至可能随着恒定的激活而改善。“

这种突触适应性实际上可以在所有神经元中观察到。它被称为短期可塑性，对于大量极其重要的脑过程是不可或缺的。如果没有它，我们将无法定位声音，精神数学是不可能的，我们可以改变我们的行为的速度和灵活性，并将我们关注新的目标失去。

几年前，曾经培育和他的团队发现了一种蛋白质，具有munc13的隐秘名称。这种蛋白质不仅可以在突触处补充囊泡的缺失是必不可少的;神经元活动以这样的方式调节，即可以根据需求调整囊泡的新鲜供应。该调节通过由信号蛋白钙调蛋白和钙离子组成的复合物，该蛋白质钙调蛋白和钙离子在激烈的神经元活性期间突出。

“我们早期对培养皿中杀虫神经元的工作表明，钙钙调素复合物激活MUNC13，因此确保立即可释放的囊泡更快地补充，”Brose的实验室的以色列客座科学家Noa Lipstein说。“但许多同事并不相信，这个过程也在完整大脑中的神经元中发挥着作用。”

因此，Lipstein和她的日本同事Takeshi Sakaba创造了一种突变鼠，遗传改变的Munc13蛋白质不能被钙 - 钙调蛋白复合物激活。这两个神经生理学家首先研究了这种遗传操作对声音本地化涉及的突触的影响，这通常每秒激活数百倍。“我们的研究表明，完整神经元网络中的突触持续效率严重依赖于钙 - 钙调蛋白复合物的MUNC13的激活，”Lipstein解释说。

基于Göttingen的科学家们深信他们研究的重要性。毕竟，过去的主要神经科学家描述了负责突触短期可塑性及其靶蛋白作为圣杯的钙传感器。“我相信我们已经发现了短期可塑性的关键分子机制，其在大脑中的所有突触中起作用，而且不仅在培养的神经元中，正如许多同事所认为的那样，”威胁口脂。事实上，事实上，证明了对她的发现解释，甚至可以成为影响脑功能的药物的理想药理靶标。

出版物：NOA LIPSTEIN等，“CA2 + -Calmodulin-Munc13-1信号传导的”突触囊泡补给和短期塑性动态控制“Neuron，2013年6月13日; DOI：10.1016 / J.NEURON.2013.05.011

图像：mpi f。实验医学，本杰明H. Cooper

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