运动神经元表面蛋白具有“双向通讯”功能

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据物理学家组织网1月7日报道，美国约翰·霍普金斯大学科学家通过研究果蝇的神经系统，揭示了几种蛋白质信号的活动，这些蛋白质信号能让运动神经轴突知道该在何时、何地分支，伸向正确的肌肉目标并与之连接。相关论文发表在近期《神经元》杂志上。

    果蝇要控制自身运动，必须有一套运动神经元将运动纤维和神经索连在一起。在胚胎发育期，神经细胞会发出丝状轴突束，将神经索和目标肌纤维连接起来。起初，许多轴突一起向外伸展，随着它们不断前进，一些轴突必须在特定地点退出共同的“高速路”，去往特定的目的地。“如果轴突分支失败、分支太早或太频繁，就可能在关键的肌肉—神经连接上留下空白。”约翰·霍普金斯大学基础生物医学科学院神经科学教授、霍华德·休斯医学院研究员亚历克斯·克罗金说。

    在实验中，研究小组灭活并控制了果蝇的相关基因，观察运动神经元的分支情况。他们发现，一起向外“旅行”的轴突表面都有一些蛋白质，其作用就像双向发报机，让轴突能彼此通讯，协调它们的运动方式，以确保每条肌肉纤维都有神经细胞与之连接。

    通讯中心是一种叫做Sema-1a的蛋白，位于运动神经元轴突的表面。如果邻居轴突表面有另一种叫做PlexA的蛋白，就会受Sema-1a排斥而从轴突束上转向离开，所以Sema-1a的作用就像一个指令信号，而PlexA是接受该指令的受体。但在实验中，他们发现Sema-1a也能作为PlexA的受体。克罗金说：“我们曾以为这对表面蛋白是‘单向发报机’，只能向一个方向传递信息，而现在我们知道信息传递可以是双向的。”

    除了识别出这一“双向”通讯系统，他们还发现了运动轴突上的其他蛋白，如被称为Pebble、RhoGAPp190、Rho1的蛋白基因，Sema-1a在接受一个PlexA信号之后，还能与这些蛋白互相作用，决定轴突的行为。

    “这一信号系统非常复杂，我们还未能理解总体的控制机制，但离此目标已经近了一步。”克罗金指出，人体中也有Sema-1a的“亲缘”蛋白，已知与精神分裂症有关，但其在疾病中的具体作用还不清楚。哺乳动物体内也有同类的信号蛋白，对免疫系统、神经系统、心脏发育及肿瘤发展都有着调节作用，研究这些蛋白对研究人类疾病有着广泛影响。