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Nature:诺奖得主新研究 神经递质快速传递的“奥秘”

来源:生物谷 2015-08-20 09:45

                                                               

2015年8月20日讯 /生物谷BIOON/ --近日,来自美国斯坦福大学的研究人员在著名国际学术期刊nature上发表了一项最新研究进展,他们对大脑如何在神经细胞之间快速传递信号进行了前所未有的细节揭露。他们绘制了神经细胞上调控神经递质释放的一种重要蛋白复合体的3D原子结构,这能够帮助我们了解神经细胞之间如何在千分之一秒内完成信号传递,对于脑神经疾病治疗药物的开发具有重要意义。
 
研究人员指出,这是一项非常重要也非常令人兴奋的研究发现,目前许多人受到精神紊乱疾病的困扰,如抑郁症,精神分裂症和焦虑症,而这项研究的发表为调控神经递质释放的靶向药物开发提供了新的可能性。
 
这个蛋白复合体由两个组成部分组成,分别是众所周知的SNARE和synaptotagmin-1。早期的X射线研究已经对SNARE的结构有了一定了解,同时也发现SNARE在神经细胞之间的化学信号传递方面起着非常重要的作用。
 
在这项最新研究中,科学家们发现当SNARE和synaptotagmin-1连接在一起,就可以将微小的钙离子浓度增加信号进行放大,就如同扣动了枪械的扳机,神经递质快速地从一个神经细胞传递到另一个神经细胞。他们还发现这两种蛋白质在到达神经细胞的细胞膜之前就已经发生连接,这也部分解释了为什么这种蛋白复合体能够如此快速地触发神经化学信号的传递。
 
研究人员推测几个形成连接的蛋白复合体会形成一个"工作小组",与同一个运输小泡发生相互作用,更加有效地触发神经递质的释放,而这一理论还需要进一步研究证实。
 
这项研究只是神经递质释放机制研究的一小部分,仍有许多其他重要因子参与神经递质的释放,还需要科学家们进一步去探索。(生物谷Bioon.com)
 
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Architecture of the synaptotagmin-SNARE machinery for neuronal exocytosis
 
Qiangjun Zhou,Ying Lai,Taulant Bacaj,Minglei Zhao,Artem Y. Lyubimov,Monarin Uervirojnangkoorn,Oliver B. Zeldin,Aaron S. Brewster,Nicholas K. Sauter,Aina E. Cohen,S. Michael Soltis,Roberto Alonso-Mori,Matthieu Chollet,Henrik T. Lemke,Richard A. Pfuetzner,Ucheor B. Choi,William I. Weis,Jiajie Diao,Thomas C. Südhof & Axel T. Brunger
 
Synaptotagmin-1 and neuronal SNARE proteins have central roles in evoked synchronous neurotransmitter release; however, it is unknown how they cooperate to trigger synaptic vesicle fusion. Here we report atomic-resolution crystal structures of Ca2+- and Mg2+-bound complexes between synaptotagmin-1 and the neuronal SNARE complex, one of which was determined with diffraction data from an X-ray free-electron laser, leading to an atomic-resolution structure with accurate rotamer assignments for many side chains. The structures reveal several interfaces, including a large, specific, Ca2+-independent and conserved interface. Tests of this interface by mutagenesis suggest that it is essential for Ca2+-triggered neurotransmitter release in mouse hippocampal neuronal synapses and for Ca2+-triggered vesicle fusion in a reconstituted system. We propose that this interface forms before Ca2+ triggering, moves en bloc as Ca2+ influx promotes the interactions between synaptotagmin-1 and the plasma membrane, and consequently remodels the membrane to promote fusion, possibly in conjunction with other interfaces.
 
 
 
 
 

 

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