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概要：研究人员已经发现了一种控制神经可塑性的新的信号系统。 来自美国杜克大学，普朗克弗罗里达神经科学研究所的研究员，和他们的合作者，已经提出了一种控制神经元可塑性的新的信号系统。 哺乳类动物的大脑最迷人的特性之一是其一生都在变化。经验表明，无论是在测试学习还是经历创伤情况下，大脑都会通过修改特定神经电路的组织方式和活性来改变，从而改变随后的感觉，想法和行为。这些改变发生在用于神经元之间的通信的突触间。我们称这种经验驱动的大脑结构和功能的改变叫做突触可塑性，它被认为是学习和记忆的细胞基础。 世界各地的许多研究小组，都致力于推进我们对学习和记忆形成的基本原则的理解。这种理解依赖于确定那些参与学习和记忆的分子，以及这些分子在此过程中发挥的作用。可能有成百上千的分子参与了突触可塑性的调节，那么，理解这些分子间如何相互作用对理解记忆如何形成至关重要。 一些基本机制协同工作来实现突触可塑性，这些机制包括释放到一个突触的化学信号量的变化，以及细胞对这些信号强度的敏感性的变化。特别是，BDNF蛋白，它的受体TrkB蛋白和GTP酶蛋白参与了某种形式的突触可塑性，然而，几乎没有人知道这些蛋白在参与过程中，在什么时候，在哪里被激活了。 由普朗克佛罗里达州神经科学研究所的Ryohei Yasuda博士领导的研究小组和杜克大学医学中心的James McNamara博士，通过使用先进的成像技术，来监测这些分子在单一的树突棘中的时空激活模式，已经发现了这些分子在突触可塑性中相互作用的关键细节。这些激动人心的发现在实体出版之前已经发表在网上，于2016年9月作为两份独立出版物发表在Nature上。 上图：一些基本机制协同工作来实现突触可塑性，这些机制包括释放到一个突触的化学信号量的变化，以及细胞对这些信号强度的敏感性的变化。特别的，BDNF蛋白，它的受体TrkB蛋白和GTP酶蛋白参与了某种形式的突触可塑性，然而，几乎没有人知道这些蛋白在参与过程中，在什么时候，在哪里被激活了。NeuroscienceNews.com的图像选自MPI新闻稿。 棘内的一个令人惊讶的信号系统 第一份出版物中（作者Harward,Hedrick等人），作者提出了一种自分泌信号系统，这种系统中，分子作用于分泌细胞本身，系统内只有单一的树突棘。这种自分泌信号系统是由蛋白质的快速释放来实现的，具体过程体现为，刺激棘，激活BDNF，随后在相同的棘上激活其受体TrkB，从而进一步激活棘内信号。这反过来又导致了棘扩大，这个过程在突触可塑性中必不可少。换句话说，在棘内发起的信号转到棘外，并在棘的外表面激活一个受体，从而激发棘内的附加信号。树突棘自分泌信号这一发现震惊科学界。 棘的自分泌信号有什么后果？ 第二份出版物（作者Hedrick ,Harward等）表示，自分泌信号导致另一组被称为GTPase蛋白的信号分子被激活。研究结果揭示了一个结构可塑性的三分子模型，该模型指出三种GTPase蛋白，Rac1、Cdc42和RhoA的局部性和一致性激活，这可以作为结构可塑性的因果关系特征。众所周知，这些蛋白质可以调节树突棘的形状，但是，我们仍然不清楚它们是如何合作来控制棘的结构。研究人员在研究突触可塑性过程中，监测单个树突棘中这些分子的时空激活模式，发现这三种蛋白质同时被激活，但他们的激活模式差异显著。一方面差异是RhoA和Rac1，当其被激活时，会扩散到受刺激的脊柱的周围的树突，这有利于促进周围脊柱的可塑性。另一个区别是，Cdc42活性受限于受刺激棘，这一特性导致，似乎有必要产生针对特定的脊柱特定的可塑性。此外，自分泌BDNF信号是激活Cdc42和Rac1所必需的，但不是RhoA所必需的。 突触可塑性调节的创新性见解 这两项研究提出了关于突触可塑性调节的创新性见解。第一项研究首次揭示了一种自分泌信号系统，第二项研究提出了一个独特的树突生物计算形式，并涉及到三种分子的控制互补。据Yasuda博士说，理解用于调节突触强度的分子机制对于理解神经电路如何工作，它们如何形成，以及它们如何为经验所塑造都是非常关键的。McNamara 博士指出，这些信号系统的紊乱可能是导致癫痫和其他多种脑部疾病的基础。由于成百上千种蛋白质参与了突触可塑性调节中的信号转换，所以，调查更多种类的蛋白质的动态对理解树突棘中信号机制很有必要。 Yasuda和McNamara实验室接下来的研究，是希望对神经元中细胞内信号的理解取得重大进展，以及在突触可塑性的潜在机制、记忆的形成和脑部疾病等方向提出关键性见解。这些见解将极有可能促进药品的发展，让药品能够增强记忆力，预防或者能更有效地治疗癫痫以及其他脑部疾病。 |
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