遗传发育所揭示神经突触稳态调控新机制

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突触是掌管神经系统信号传递的关键结构。成年大脑中突触的结构可塑性，即突触的形成和消失，被认为是长期记忆形成的基础。长时程在体成像观察表明：中枢神经系统中大部分轴突或树突以及突触的结构相当稳定，但受伤、丰富环境培养或长时间的感觉刺激会导致轴、数树突分支的产生和消失，这种产生和消失往往伴随着新突触的生成和原有突触的消除。这种经验依赖的突触结构可塑性的激发意味着突触稳定性的去除，但神经系统突触稳态如何获得一直是个未解之谜。

秀丽隐杆线虫的运动神经元其突触形成的方式与高等动物中枢神经系统中兴奋型突触极其相似，都是沿途突触（enpassantsynapse）。中国科学院遗传与发育生物学研究所丁梅课题组通过建立新型活体荧光标记，首次在线虫中分离到突触不能稳定存在于固定位置的突变体。进一步研究发现:四型胶原蛋白、十八型胶原蛋白和胞外基质金属蛋白酶GON-1对抑制突触随意性生长具有关键作用。超微结构分析表明：异位生长突触起源于已存在的正常部位的突触。异位生长突触含有典型的囊泡聚集及电子致密结构-活性区，并与乙酰胆碱受体相邻，暗示有些异位突触可能具有递质传递活性。在突触生长异常的突变体中，胞外基质的完整性被破坏，突触沿着被破坏的基质延伸出来，但在进一步去除串珠状蛋白perlecan的情况下，基底膜的完整性反而得到改善。同时，perlecan过表达导致异位突触出现，且perlecan敲降明显抑制四型胶原蛋白及胞外基质酶GON-1突变体的表型，这些研究结果表明：在突触稳态维持过程中既存在抑制信号也存在促进信号。

该研究首次揭示了在体（invivo）胞外基质对沿途突触稳态生长调控的现象，这些调控是通过胞外基组分以及相关蛋白酶复杂的相互协调和相互拮抗作用来实现的。这些发现对未来研究高等动物中沿途突触的调控机制提供了研究线索。以上研究结果发表在最近的国际神经生物学杂志JournalofNeuroscience（2014,34(31):10311-10324）上。实验室博士研究生秦建贞为该论文的第一作者。这一工作得到了国家自然科学基金委、科技部和中科院的资助。