你可以說，沒有一個腦細胞是孤立的。健康的神經(jīng)元必須與相鄰的神經(jīng)元進行交流，它們依靠一種叫做“激肽”的蛋白質(zhì)來完成這一過程。

在最近發(fā)表在《科學報告》(Scientific Reports)上的一項新研究中，佛羅里達斯克里普斯研究中心(Florida campus of Scripps Research)的科學家們研究了蛋白質(zhì)家族中不同運動成員的作用。他們的研究拓展了對神經(jīng)元如何交流的基本理解。他們的發(fā)現(xiàn)之一是，單個神經(jīng)元可以同時擁有多個運動中的運動蛋白，這可能會給它們提供一種微調(diào)溝通的方式。

斯克里普斯研究所的副教授、這項新研究的資深作者Sathyanarayanan Puthanveettil博士說:“研究運動蛋白非常非常重要，因為它們在早期大腦發(fā)育和學習以及神經(jīng)退行性疾病(如ALS)中的作用。”“這項研究幫助我們理解基因和蛋白質(zhì)調(diào)節(jié)神經(jīng)元之間溝通的復雜方式。”

想象一下高速公路上的卡車之類的電動汽車是很有幫助的。這些蛋白質(zhì)沿著稱為微管的細胞結(jié)構(gòu)移動，將蛋白質(zhì)、rna和其他基因產(chǎn)物從細胞中心運輸出去?？茖W家們知道這個過程對于神經(jīng)元之間的交流很重要，這種交流被稱為突觸傳遞，但具體細節(jié)還不清楚。

Puthanveettil和他的同事也想知道為什么大約40種不同的運動蛋白在神經(jīng)元中起作用。“沒有人真正仔細研究過他們的貢獻，”Puthanveettil說。

利用電生理學和熒光成像技術(shù)，科學家們研究了18個小鼠體內(nèi)運動素家族的代表。他們集中研究了這些蛋白質(zhì)在大腦海馬區(qū)的神經(jīng)元中是如何工作的，海馬區(qū)對學習和記憶至關(guān)重要。很快，科學家們驚奇地發(fā)現(xiàn)其中7種基因在神經(jīng)元的交流中沒有起到關(guān)鍵作用。其他11種激素會影響被稱為突觸傳遞的通訊振幅或頻率。

科學家們認為這些激酶可能有助于細胞間的交流，所以他們驚奇地發(fā)現(xiàn)其中三種激酶實際上抑制了突觸的傳遞。

然后同樣出乎意料的是，科學家們發(fā)現(xiàn)至少有三種運動蛋白，包括抑制交流的，可以在同一個神經(jīng)元中表達。“這意味著神經(jīng)元的交流比我們想象的要復雜得多，”普坦韋蒂爾說。“神經(jīng)元如何整合這些不同的運動蛋白?”他們是如何被控制的?

一種理論認為，神經(jīng)元可能使用不同的激素來微調(diào)它們的通訊。

接下來深入研究了一種名為Kif11的驅(qū)動蛋白的工作原理。這是一種抑制交流的奇怪的基因?？茖W家們發(fā)現(xiàn)，降低神經(jīng)元中的Kif11水平可以讓某些受體更好地幫助發(fā)送信號。這是科學家首次展示了激素類藥物抑制交流的部分機制。

“因為我們不知道任何麻醉品機制作為一種抑制性突觸傳遞的約束,確定機制推動Kif11將非常有助于了解神經(jīng)元將能夠使用Kif11校準突觸功能,“說Supriya Swankar,博士,博士后研究員斯克里普斯研究和研究co-first作者。

Puthanveettil說，需要做更多的工作來理解驅(qū)動運動素的機制。最后，我們的目標是了解大腦的基本工作原理，從而為溝通出現(xiàn)問題的疾病提供線索。

“最重要的信息是，大腦中有一些重要的分子，它們以不同的方式調(diào)節(jié)神經(jīng)溝通，它們的調(diào)節(jié)對健康的大腦很重要，”該研究的第一作者之一、斯克里普斯研究所(Scripps research)前研究員約塞夫·阿夫恰盧莫夫(Yosef Avchalumov)博士說。“了解這些分子作用的下一個關(guān)鍵步驟將是在疾病狀態(tài)下研究它們，比如阿爾茨海默病、帕金森病和其他一些神經(jīng)系統(tǒng)疾病。”

這項研究的其他作者，“Kif11和Kif21B蛋白激酶家族通過不同的機制抑制興奮性突觸傳遞”，來自Scripps Research的Bindu L. Raveendra和Eddie Grinman。

這項研究得到了美國國立衛(wèi)生研究院(National Institutes of Health) (5R01MH094607-05和5R21MH108929-02)、美國國家科學基金會(National Science Foundation) (award number為1453799)和佛羅里達棕櫚灘和馬丁縣社區(qū)基金會(Community Foundation for Palm Beach)洛蒂法國劉易斯基金會(Lottie French Lewis Fund)在阿爾茨海默氏癥藥物發(fā)現(xiàn)方面的培訓資金的支持。