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Nature:神经连接蛋白控制星形胶质细胞形状和突触发生

来源:本站原创 2017-11-12 16:39


图片来自Jeff Stogsdill, Duke University。

2017年11月12日/生物谷BIOON/---星形胶质细胞(astrocyte)存在的时间几乎和大脑一样长。即便是一些简单的无脊椎动物,如秀丽隐杆线虫,也有原始的星形胶质细胞包围着它们的神经突触。当我们的大脑进化成复杂的计算机器时,星形胶质细胞的结构也变得更加复杂。

但是星形胶质细胞的复杂性依赖于它们的神经元伙伴。当在培养皿中一起培养星形胶质细胞和神经元时,这些星形胶质细胞将形成复杂的星形结构。当单独培养星形胶质细胞或者将它们与其他类型的细胞一起培养时,它们变得矮小。

为了发现神经元如何影响星形胶质细胞的形状,美国杜克大学细胞生物学与神经生物学副教授Cagla Eroglu及其团队将星形胶质细胞和神经元放在一起培养,同时调整神经元的细胞信号转导机制。他们吃惊地发现即便他们直接杀死这些神经元,但保留它们作为支架的结构,这些星形胶质细胞仍然完美地在它们上面形成复杂的星形结构。

Eroglu实验室博士研究生Jeff Stogsdill说,“无论神经元是死还是活,这都不重要:星形胶质细胞与神经元之间的接触允许这些星形胶质细胞形成复杂的结构。这告诉我们这两种细胞表面之间的相互作用调节着这种过程。”

这些研究人员从现存的基因数据库中寻找已知的由星形胶质细胞表达的细胞表面蛋白,并且鉴定出三种候选蛋白可能有助确定着它们的形状。这三种被称作神经连接蛋白(neuroligin)的蛋白NL1、NL2和NL3在形成神经突触中发挥着作用,而且与自闭症和精神分裂症等疾病存在着关联。在此之前,针对它们的功能的研究主要是在神经元中开展的。

为了发现神经连接蛋白在星形胶质细胞中发挥的作用,这些研究人员调整了星形胶质细胞产生这些蛋白的能力。他们发现当他们关闭神经连接蛋白产生时,这些星形胶质细胞变得矮小。当他们增加神经连接蛋白产生时,这些星形胶质细胞的大小几乎是之前的2倍。

Stogsdill说,“这些星形胶质细胞的形状直接与它们表达的神经连接蛋白水平成正比关系。”

调整神经连接蛋白的表达并不仅是改变这些星形胶质细胞的大小和形状。它们也对星形胶质细胞接触的神经元之间形成的突触产生着巨大的影响。

当这些研究人员关闭NL2表达时,兴奋性突触的数量下降了50%。抑制性突触的数量保持不变,但是它们的活性增加了。

Stogsdill说,“我们如今了解到精神分裂症、自闭症和癫痫症等神经疾病的典型特征之一就是兴奋性突触和抑制性突触之间存在着不平衡。我们了解到这些疾病相关分子潜在地在星形胶质细胞中发挥功能,从而改变着这种平衡。”

在理解神经元与星形胶质细胞之间的相互作用如何能够影响突触形成上,这些发现是一个非常重要的革命性突破。

相关研究结果于2017年11月8日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Astrocytic neuroligins control astrocyte morphogenesis and synaptogenesis”。(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Jeff A. Stogsdill, Juan Ramirez, Di Liu et al. Astrocytic neuroligins control astrocyte morphogenesis and synaptogenesis. Nature, Published online:08 November 2017, doi:10.1038/nature24638

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