封面故事:脑细胞为什么能快速通讯?3D蛋白质结构来解密

【字体: 时间:2017年09月15日 来源:生物通

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  《Nature》报道,研究人员通过可视化三种神经蛋白的相互作用,揭示了它们帮助大脑细胞群同时释放化学信息的工作机理。这种新被发现的工作模式或有助于解释胰岛素、气管粘液等细胞分泌分子的释放过程。

  

当一组神经元接受到电信号以后,细胞能瞬间(不到1/1000秒)释放神经递质。在神经元里神经递质被泡状结构“突触囊泡”包裹。为了释放神经递质,神经元必须令囊泡膜与神经细胞突起物外膜融合,使化学信号飘浮到临近细胞内传播信息。

已知,三种蛋白质参与了神经化学信号的排出。一组是SNAREs蛋白,为膜融合提供能量;另一组是突触结合蛋白(synaptotagmin),结合伴随电信号而来的钙离子;第三组是复合体(complexin),阻止细胞自发释放神经递质。突触结合蛋白和复合体各自与SNAREs蛋白为伴。它们三组蛋白质如何协调配合呢?

Stanford大学的Axel Brunger团队,人工合成了每个组件,然后将它们组装成一个大复合体,再将其结晶,进行X射线衍射,目的是看清各组件结构。

他们总共发现了两种蛋白质互作方。一个是2015年《Nature》文中已经描述的SNAREs和突触结合蛋白的互作方式,另一个就是今年最新发现的一个更意外的结果,三个组件之间存在相互作用。

一个卷曲的螺旋complexin黏附在一个螺旋状突触结合蛋白旁边,这堆螺旋状复合物停靠在螺旋状的SNARE复合体上边。

与Thomas Südhof课题组合作,研究人员构建了神经元突触结合蛋白突变和complexin缺失小鼠,试图削弱三组蛋白质之间的吸引力。无论突变还是缺失,最终都会导致神经递质同步释放能力损伤。

研究人员推测,三个组分相互作用锁住了SNAREs蛋白,使其无法执行膜融合功能,除非钙离子信号的解锁。complexin是牵引三种蛋白质的粘合剂,受钙离子调动的synaptotagmin则负责解锁SNAREs。

哺乳动物体内有超过60种不同SNAREs蛋白,各种形式的synaptotagmin参与着激素释放等其他细胞活动。该模型亦可解释其他钙离子依赖性细胞释放进程。

原文标题:The primed SNARE–complexin–synaptotagmin complex for neuronal exocytosis

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