澳亚国际9662首页

医学前沿
首页 >> 医学前沿 >> 正文

澳亚国际9662首页:《自然》封面颠覆性研究:大脑中的关键过程有了新发现

2022年12月01日 14:17 学术经纬 点击:[]

最新一期《自然》杂志的封面文章,让我们对大脑的认知又加深了一步。来自哥本哈根大学的科学家发现,神经信号传递的一个关键过程以我们意想不到的方式进行,并且可能改变相关药物研发的方式。


在我们和其他哺乳动物的大脑中,神经元的交流塑造了我们的思想与记忆,神经递质则是在神经元之间传递信息的化学物质。在这个过程中,神经递质首先被泵入突触囊泡中储存起来,只有在接受到信号刺激时,神经递质才会被释放、在神经元之间传递。

神经递质进入突触囊泡时,需要V-腺苷三磷酸酶(V-ATPase)为这个过程提供能量。V-ATPase是一种存在于各种细胞内的质子泵。而在神经元的突触囊泡中,ATPase利用ATP水解释放的能量将质子转移至突触囊泡内,从而协助神经递质穿越细胞膜。而在缺少V-ATPase的情况下,神经递质无法被泵入囊泡,因此也就无法在神经元之间传递信息。


▲较大的蓝色结构为突触囊泡中的V-ATPase

对于神经元的交流以及复杂生命体的生存来说,神经递质进入囊泡的过程都不可或缺。一直以来,科学家都认为V-ATPase始终保持活跃,从而确保神经信号传递不掉线。

然而,在这项最新研究中,Dimitrios Stamou教授领导的团队却得出了截然不同的结论。


虽然V-ATPase十分重要,但此前的研究指出,每个突触囊泡仅仅含有1~2V-ATPase。这不禁令科学家们担心,一旦V-ATPase的功能出现异常,是否意味着神经信号传递会受到影响?为了进一步剖析这个单分子生物学过程,研究团队首次在单分子水平上监测了V-ATPase的质子泵效应。

研究团队开发了全新的方法,用于监测突触囊泡中的pH变化,从而反映出V-ATPase转运质子的活性。由此,研究团队得以连续观测单个囊泡中V-ATPase的活性。

根据传统观点,这种酶应该时刻保持活跃。但最新的观测却颠覆了人们的认知:V-ATPase会在3种不同的模式之间随机转换,分别是质子泵模式、失活模式和质子泄漏模式。

“这是首次在单个分子的层面上研究哺乳动物大脑中的酶,我们对结果感到惊讶。与普遍认知相反,并且与其他许多蛋白质不同的是,这些酶可以停止工作几分钟至几个小时。在此期间,动物的大脑仍然能奇迹般地运转。” Stamou教授说。


V-ATPase在三种模式间转换

这项研究还指出,在每个囊泡中,只有一个V-ATPase来执行转运神经递质这项极其关键的任务。当这个酶失活,将不存在多余的能量驱使神经递质进入囊泡。而对V-ATPase在不同模式间转换的定量检测显示,这些分子至少40%的时间都无法执行任务。

这项发现在纠正过往认知的同时,也引出了更多新问题。关闭囊泡的能量源,是否意味着其中很多囊泡是“空的”,也就是不含有神经递质?如果是这样,大量空的囊泡是否会对神经元之间的交流产生影响?这是否为大脑中一种全新的信息编码方式?

显然,更深入的机制有待进一步研究的解答。基于这项研究,相关药物的研发或许同样需要进一步的审视。

由于在肿瘤的转移以及其他多种疾病的进展中起到重要作用,V-ATPase还是一个重要的药物靶点,成为了癌症等药物研发的潜在目标。

目前的药物筛选基于来自大量V-ATPase的平均信号,药物研发人员认为,只要知道药物的平均效果就可以了。但这项研究的发现意味着,由于V-ATPase的活性存在波动,需要监测单个V-ATPase的行为,才能更准确地指导药物研发。

参考资料:

[1] Kosmidis, E., Shuttle, C.G., Preobraschenski, J. et al. Regulation of the mammalian-brain V-ATPase through ultraslow mode-switching. Nature 611, 827–834 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05472-9

[2] Major discovery about mammalian brains surprises researchers. Retrieved Nov. 24, 2022 https://www.eurekalert.org/news-releases/972250

本网所有转载文章系出于传递更多信息之目的,转载内容不代表本站立场。不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即进行删除处理。


下一条:最新Science论文:一种可以切割蛋白质的CRISPR-Cas系统

关闭

联系我们
地址:中国山东省淄博市人民西路1678号  
邮编:255300  
传真:(+86)0533-2829166
办公电话:(+86)0533-2829222  
招生电话:(+86)0533-4318888  
管理员邮箱:qlyyxy@qlmu.edu.cn
  • 官方微信
  • 招生微信
  • 就业微信
澳亚国际9662首页|有限公司官网