NMDA受体纳米域跨突触分子背景的解析揭示突触功能调控新机制

本研究通过DNA-PAINT超分辨成像技术，首次绘制了海马神经元中NMDA受体(NMDAR)亚基GluN2A/GluN2B与突触前释放位点蛋白Munc13-1及支架蛋白PSD-95的纳米级空间关系。研究发现NMDAR亚基形成异质性纳米簇，其与特定释放位点的跨突触对齐模式显著影响受体激活效率，并揭示NMDAR激活可动态重构这种分子空间组织，为理解突触可塑性提供了结构机制。该成果发表于《Nature Communications》，对神经精神疾病靶点研究具有重要启示。

　　

在神经科学领域，突触中蛋白质纳米级组织的精确调控是信息处理的核心。NMDA受体(NMDAR)作为学习记忆的关键分子，其亚基组成和空间分布如何影响突触功能一直是未解之谜。传统技术难以同时解析多个蛋白质的纳米级共定位关系，阻碍了对突触信号转导机制的深入理解。

美国马里兰大学医学院Thomas A. Blanpied团队通过DNA-PAINT超分辨显微镜技术，首次实现了对海马神经元中NMDAR亚基GluN2A/GluN2B与突触前释放位点标记蛋白Munc13-1、支架蛋白PSD-95的四重同步纳米级成像。研究创新性地结合基因编辑（ORANGE CRISPR敲入EGFP-GluN2B）与单分子定位技术，建立了内源性受体亚基的空间分布图谱。

关键技术包括：（1）DNA-PAINT超分辨成像实现多蛋白同步定位；（2）MCell生物物理模拟量化受体激活概率；（3）CRISPR敲入EGFP标记内源性GluN2B；（4）DBSCAN算法分析纳米簇特征；（5）活细胞抗体标记保留天然受体分布。

内源性GluN2亚基形成多样纳米域类型

通过密度聚类分析发现，GluN2A和GluN2B分别形成748±44 nm²和1006±45 nm²的纳米簇，其中39.1% GluN2A和23.8% GluN2B簇存在空间重叠，与三聚体NMDAR的理论比例高度吻合。

仅部分释放位点富集GluN2亚基

意外发现Munc13-1标记的释放位点中仅20.5%与GluN2A、24.1%与GluN2B显著共定位，多数受体远离释放位点。MCell模拟显示这种选择性富集使NMDAR开放概率比均匀分布提高32%。

结构特化的Munc13-1纳米簇构成纳米柱

24.4%的Munc13-1簇与PSD-95形成跨突触纳米柱，这些位点的Munc13-1密度增加23.8%，且特异性富集双亚基NMDAR纳米域。

NMDAR激活驱动纳米结构重组

NMDA急性处理（3分钟）使纳米柱内Munc13-1与GluN2A的结合度提升47%，表明受体活动可通过纳米级拓扑重构调节自身激活效率。

该研究揭示突触功能架构由多蛋白纳米域的特异性组装决定：NMDAR通过形成亚基混合的纳米簇，在特定释放位点附近建立"信号热点"；而受体激活又能反馈调节这种纳米组织。这种动态调控机制不仅解释了稀疏Ca²⁺信号如何有效触发突触可塑性，也为神经精神疾病中突触失调提供了新的病理框架。研究建立的纳米级多蛋白定位方法，为解析其他复杂信号系统的组织原理提供了范式。