Mol Psych：科学家开发出能测定神经元中蛋白质表达的特定方法

来源：生物谷原创 2024-04-12 15:20

本文研究中，研究人员报道了意想不到的细胞类型特异性的突触蛋白的亚型（异构体）表达，其或许在突触病变中指定突触多样性和选择性的突触功能障碍中发挥着关键的因果作用。

突触后蛋白（postsynaptic proteins）的组合性表达是神经元类型内部和之间突触多样性的基础，因此，神经元类型特异性的突触后蛋白质组的表征或许就是深入理解离散突触特性和选择性功能异常如何在突触病变中表现的关键。

 

近日，一篇发表在国际杂志Molecular Psychiatry上题为“Neuron type-specific proteomics reveals distinct Shank3 proteoforms in iSPNs and dSPNs lead to striatal synaptopathy in Shank3B–/– mice”的研究报告中，来自美国西北大学等机构的科学家们通过研究开发了一种新方法来测定单一神经元中的蛋白质表达，这一研究发现或能促使科学家们深入研究这一过程在疾病中是如何出现错误的。

 

大脑中的神经元主要会通过化学信号来进行交流沟通，而神经元交流沟通的在中断或许会引起一些疾病，比如自闭症、帕金森疾病和阿尔兹海默病。此前，研究人员并没有方法来测定单一类型的神经元中的基因表达情况，这或许就限制了他们对功能异常神经元的研究；研究者Jeffrey Savas教授说道，我们有动力制造这些新型工具来实际研究突触蛋白是如何改变的，以及这些过程到底是如何促进特定神经系统疾病中所观察到的功能缺陷。

 

这项研究中，研究者Savas及其同事开发了一种新型突触探针，其由一种特定类型的神经元中所存在的蛋白激活的病毒所组成，一旦进入小鼠体内并被激活后，这种病毒就会释放一种蛋白，从而就能标记神经元所表达的其它蛋白，这就能促使研究人员定位、监测并量化特定类型神经元中所表达的蛋白质。首先研究人员研究了纹状体中的两类神经元，纹状体是大脑中参与决策制定功能的大脑区域，比如运动笼子、情绪和习惯形成等；基于本文研究，研究人员发现，蛋白质在纹状体的两种主要的神经元类型的直接和间接途径中的表达相似的，即刺状投射神经元直接通路（dSPNs）和间接通路（iSPNs）。研究者Savas说道，令人惊讶的是，尽管蛋白质的特性并没有什么不同，但其亚型的表达却是不同的；蛋白质亚型就好像蛋白质的近亲一样，其可能更长或更短，但仍然是由相同的基因所编码表达的。

 

尤其是，神经元中SHANK3基因所产生的蛋白质亚型是完全不同的，长期以来研究人员认为SHANK3在自闭症谱系障碍发生过程中扮演关键角色，但研究它的科学家们非常困惑，因为该基因的突变会导致不同个体之间出现明显不同的疾病症状。利用研究人员所开发的新型探针来追踪Shank3b敲除小鼠机体中的神经元蛋白表达，研究人员发现，dSPNs能表达多种不同的SHANK3蛋白亚型，但在iSPNs中却并未发现，这就会导致小鼠机体中神经元的交流沟通受阻。

 

科学家开发出能测定神经元中蛋白质表达的特定方法

图片来源：Molecular Psychiatry (2024). DOI:10.1038/s41380-024-02493-w

 

值得注意的是，这些dSPNs似乎要比iSPNs更加健康，这些差异或许就会导致基底核（basal ganglia）中突触传递的失衡，基于本文研究结果，通过在敲除小鼠中重新引入Shank3b蛋白亚型，研究人员就能挽救多种突触缺陷。此外，相关研究结果还能解释为何因SHANK3突变所引起的自闭症患者会出现多种多样的疾病症状，相关研究强调了哺乳动物大脑分子特异性的一个信方面，携带SHANK3基因突变的人类患者在表型上看起来非常不同，但其所携带的突变却发生在同一个基因上。

 

出现这种情况最令人信服的可能性就是，这些不同的突变会以一种细胞类型特异性的方式来影响SHANK3蛋白亚型的亚型特异性表达，而且这种突变的表现还会影响大脑的不同部分，随后这些大脑的不同部分则负责与自闭症相关的不同表型的体现。目前研究人员正在将所开发的探针应用于其它突触、细胞类型以及不同的小鼠模型中，旨在观察是否能在其它神经性疾病的背景下阐明相类似的发病机制。

 

综上，本文研究中，研究人员报道了意想不到的细胞类型特异性的突触蛋白的亚型（异构体）表达，其或许在突触病变中指定突触多样性和选择性的突触功能障碍中发挥着关键的因果作用。（生物谷Bioon.com）

 

参考文献：

Yi-Zhi Wang, Tamara Perez-Rosello, Samuel N. Smukowski, et al. Neuron type-specific proteomics reveals distinct Shank3 proteoforms in iSPNs and dSPNs lead to striatal synaptopathy in Shank3B–/– mice, Molecular Psychiatry (2024). DOI:10.1038/s41380-024-02493-w