张明杰院士连发Cell,Cell子刊文章解析关键蛋白

【字体: 时间:2017年04月25日 来源:生物通

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  来自香港科技大学张明杰(Mingjie Zhang)教授主要研究方向是神经细胞讯号传导及神经发育的结构生物学和生物化学机理,曾取得了一系列成果,2011年当选为中科院院士。近期研究组接连在Cell,Structure杂志上发表文章,发现了PSD蛋白以及钙调蛋白(CaM)的重要结构与分子机制。

  

生物通报道:来自香港科技大学张明杰(Mingjie Zhang)教授主要研究方向是神经细胞讯号传导及神经发育的结构生物学和生物化学机理,曾取得了一系列成果,对于治疗神经系统衰退的疾病,如中风及老年痴呆症等,有着极为重要的影响。2011年当选为中科院院士。

近期研究组接连在Cell,Structure杂志上发表文章,发现了PSD蛋白以及钙调蛋白(CaM)的重要结构与分子机制。

我们大脑中的所有神经元都是通过突触这一微米级的连接部件连接在一起,每个突触都包含一层紧密包装、富含蛋白质的隔室——突触后密集区(postsynaptic density,PSD),PSD负责大脑信号处理和传递。PSD蛋白编码基因突变是包括自闭症、精神分裂症和智障(ID)在内的一些精神疾病的主要原因。尽管60年前科学家们就已经知道PSDs的存在, 对于PSDs响应脑活动形成和改变的机制却知之甚少。

张明杰教授研究组发现SynGAP和PSD-95可以在试管和活细胞中形成一种自主组装的网络结构。最令人惊讶地是,SynGAP/PSD-95组装体可通过一种叫做相变(phase-transition)的现象在活细胞水状细胞质中形成稳定的“油样”液滴。这一研究发现为脑科学领域长期存在的有关PSD形成的问题提供了一个可能的答案。重要地是,该研究小组还发现在自闭症患者中发现的SynGAP或PSD-95缺陷改变了这一复合物“油样”液滴的形成以及神经元的突触信号活性。

SynGAP和PSD-95在学习和记忆中起作用,它们突变与自闭症和癫痫一类的疾病有关联,但对于这两种蛋白执行它们功能的确切机制却不是很清楚。这篇文章通过一种多层面方法研究了SynGAP/PSD-95复合体,获得了一个意外的研究发现: 活细胞可以‘借用’一个非常基本的现象——相变来将不同的功能部件置于特异的细胞位点。每个人都在我们的日常生活中看到过相变。液态水变成冰就是一种相变形式。活细胞可以选择性地“挑拣”某些蛋白或核酸经历相变,形成一种非膜封闭的细胞区室,由此可以调控它们的生理功能。

这项研究还认识了改变SynGAP/PSD-95互作的突变可以促成包括癫痫、自闭症和智障在内的各种脑功能障碍的原因,这一系列的疾病均没有治疗方法。这一研究发现还将启发一些新途径,为这些对于人类社会而言破坏性的疾病开发出治疗方法。

另外这一研究组通过分析钙调蛋白的晶体结构,解析了其与肌球蛋白VIIa(Myo7a)结合并相互作用的结构和分子机理。此前这一研究小组曾让小鼠myosin-1c与无钙的钙调蛋白结合,获得了完整尾部复合体的晶体结构,并由此揭示了钙调蛋白调控肌球蛋白的分子机制。张明杰院士Nature子刊解析重要的马达蛋白

原文标题:

Phase Transition in Postsynaptic Densities Underlies Formation of Synaptic Complexes and Synaptic Plasticity

Ca2+-Induced Rigidity Change of the Myosin VIIa IQ Motif-Single α Helix Lever Arm Extension

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