蒲慕明最新Science文章

加州大学伯克利分校Helen Wills神经科学研究所，意大利理工学院的研究人员发现了cAMP和cGM之间的局部，长时程对应调控作用，这两种信号通量相互拮抗，相互制约，共同调节着细胞的正常生理功能。这一研究成果公布在Science杂志上。

　　

生物通报道：加州大学伯克利分校Helen Wills神经科学研究所，意大利理工学院的研究人员发现了cAMP和cGM之间的局部，长时程对应调控作用，这两种信号通路相互拮抗，相互制约，共同调节着细胞的正常生理功能。这一研究成果公布在Science杂志上。

领导这一研究的是著名的神经生物学家蒲慕明教授，其现任中科院神经科学研究所所长，主要研究的方向包括神经环路的可塑性，从神经可塑性到大脑的发育。

环磷酸腺苷(cAMP)和环磷酸鸟苷(cGMP)是两种重要的第二信使，cAMP和cGMP信使体系是由受体、环化酶，以及偶联于两者间的G蛋白组成的多种活性蛋白的传递系统。大多数多肽激素和胺类激素、神经递质等第一信使都是通过这个体系传递信息的。当这些第一信使配体与相应受体结合后，诱发受体分子构象改变，G蛋白把受体与环化酶偶联在一起，并控制该酶的活性，进而影响第二信使的生成。

之前的研究表明cAMP和cGMP能介导一些体外因素引起的拮抗细胞行为，比如离子通道，细胞容量调控，以及轴突引导。在这篇文章中，研究人员发现存在于海马培养神经细胞中未分化的轴索中的局部cAMP和cGMP，能分别促进和抑制轴突的形成，而且在树突形成过程中，这两者也是起到相反的作用。

研究人员进一步利用FRET技术发现cAMP表达量的改变，能通过激活一些特异性磷酸二酯酶（phosphodiesterase）和蛋白激酶的活性，导致cGMP相反的变化，这些研究成果说明，cAMP和cGM的局部，长时程对应调控能合作确保一个轴突和多个树突之间的协同生长。

神经调节维系着人体生命活动，它的正常活动一刻也离不开cAMP和cGMP信使体系。这两种信号通路相互拮抗，相互制约，共同调节着细胞的正常生理功能。两者的平衡，是人体健康的保障；两者的失衡，则导致疾病的发生。

蒲慕明研究组在过去几个月里获得了许多重要的研究成果，他在09年领导中科院神经科学研究所的研究人员在Cell杂志上文章解析了神经元蛋白极性分布机制的研究成果。研究人员发现在接近胞体的轴突起始段（AIS）存在一个由肌动蛋白和Ankyrin G构成的分子筛，像滤网一样限制了大分子蛋白在轴突和胞体之间的扩散，但允许某些依赖特定马达蛋白转运的膜蛋白通过。

进一步的研究发现，马达蛋白驱动力的强弱，以及膜蛋白-马达蛋白复合体运输效能的高低，是膜蛋白能否通过AIS分子筛的决定条件。轴突膜蛋白转运复合体VAMP2-KIF5的运输效能较高，可以穿过分子筛从胞体转运到轴突内，而树突膜蛋白转运复合体NR2B-KIF17和GluR2-KIF5的运输效能较低，不能穿越这个胞浆屏障。这一新颖的机制，为研究神经元蛋白的极性分布提供了崭新的角度，具有重要的理论意义。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Local and Long-Range Reciprocal Regulation of cAMP and cGMP in Axon/Dendrite Formation

Cytosolic cyclic adenosine monophosphate (cAMP) and cyclic guanosine monophosphate (cGMP) often mediate antagonistic cellular actions of extracellular factors, from the regulation of ion channels to cell volume control and axon guidance. We found that localized cAMP and cGMP activities in undifferentiated neurites of cultured hippocampal neurons promote and suppress axon formation, respectively, and exert opposite effects on dendrite formation. Fluorescence resonance energy transfer imaging showed that alterations of the amount of cAMP resulted in opposite changes in the amount of cGMP, and vice versa, through the activation of specific phosphodiesterases and protein kinases. Local elevation of cAMP in one neurite resulted in cAMP reduction in all other neurites of the same neuron. Thus, local and long-range reciprocal regulation of cAMP and cGMP together ensures coordinated development of one axon and multiple dendrites.

作者简介：

蒲慕明简历


1970年毕业于台湾清华大学物理系；

1974年在美国Johns Hopkins大学生物物理系获博士学位；

1974年至1976年先后在美国Woods Hole海洋生物研究所、美国Purdue大学生命科学系做博士后研究；

1976年9月至1985年3月在美国加州大学Irvine分校生物物理系任助理教授、副教授、教授；

1985年4月至1988年8月在美国耶鲁大学医学院分子神经生物学系任教授；

1988年7月至1995年12月在美国哥伦比亚大学生命科学系任教授；

1995年11月在美国加州大学圣地亚哥分校Stephen W. Kuffler任讲座教授。

1999年11月27日起任中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所所长。

2000年9月起任美国加州大学Berkeley分校分子与细胞生物学系1933级讲座教授、神经生物学部主任。


蒲慕明博士是一位国际著名的神经生物学家。获得奖项及荣誉称号包括：美国Javitz Neuroscience Investigator Award（1998），美国AAAS Fellow (2001)，美国Ameritec Prize (2001)，吴瑞学会奖（2002），法国Ecole Normale Geperieure荣誉博士学位（2003）等。1994年至2001年任Journal of Cell Biology期刊编委，现任Neuron (99--), Journal of Neuroscience (99--), NeuroSignals (01--), Biochemical & Biophysical Research Communication (03--)学术期刊的编委。他目前还担任日本RIKEN脑研究所顾问委员会的委员。

蒲慕明博士主要从事轴突导向和突触可塑性的分子与细胞机制研究。曾发现在发育生长中的轴突能够释放神经递质；神经营养因子对突触有急性增强作用；开辟了突触可塑性与神经营养因子的关系这一新的研究领域；发现许多轴突引导分子对轴突生长的作用随细胞内环化核苷酸水平改变而调节；发现电活动产生突触可塑性的关键时间窗口等。这些发现对了解脑发育与神经系统可塑性有重要意义。共发表了180余篇有关膜生物物理、突触生理、发育神经生物学等方面的研究论文，其中包括《Nature》25篇，《Science》12篇，《Cell》5篇,《Neuron》28篇。作为神经所的首任及现任所长，显示出他卓越的组织和管理能力，不仅表现在提高研究所的整体学术水平、全方位施行与国际接轨的研究生教育体系，还充分体现在创新文化的建设上，在其领导下中科院神经所于八年中在学术期刊上发表研究论文100余篇，包括《Cell》3篇、《Nature》1篇、《Science》4篇、《Neuron》9篇、《Nat. Neurosci.》7篇、《Nat. Cell Biol.》3篇、《PNAS》7篇、《J. Neurosci. 》8篇等。2003-2005年连续三年获得中科院优秀研究生导师奖；2005年获中国科学院创新文化先进个人、2005年获中华人民共和国“国际科学技术合作奖”。