摘要:
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大脑中神经元的快速交流和学习能力,从根本上取决于位于神经元接触的突触中的神经递质受体。哺乳动物大脑中最重要的受体是AMPAR型谷氨酸受体,它可以产生神经元之间快速交流所需的电信号。AMPARs的数量受突触活动程度的调节:已知AMPARs的数量增加,使突触信号转导更加可靠,驱动突触可塑性,从而促进记忆形成。
这种突触可塑性的基本要求是有效地将神经细胞内质网(ER)中不同的蛋白质亚单位组装成AMPAR。到目前为止,信息很少或没有。
生理学研究所的Bernd Fakler教授领导的来自弗赖堡的神经生物学家团队首次与法兰克福歌德大学和海德堡马克斯普朗克医学研究所的同事合作,论证了AMPAR是由主亚基和辅助亚基逐步组装而成的,就像在流水线上一样。每个阶段由不同的ER驻留蛋白和蛋白复合物完成。
人类装配线元件的突变或小鼠的靶向基因失活(基因敲除)会干扰这种装配,从而导致突触信号转导和学习的严重损害。相反,装配线蛋白的过度表达增加了受体的产生,并导致突触可塑性的增加。科学家最近在《神经元》杂志上发表了这些结果。
装配线上的每一步都经过精心安排和优化,以有效地组装接收器。在2017年的一项早期研究中,研究人员描述说,如果流水线的运行受到干扰,例如由于FRRS11蛋白突变相关的功能丧失,将导致人类大脑严重功能障碍:智商低于40的智力能力受到严重限制,言语发育延迟或缺失,癫痫发作的趋势增加。
利用高分辨率蛋白质组学技术,研究人员从四个成孔亚单位和四个辅助亚单位组装了功能性AMPAR所需的神经元ER膜中的蛋白质:第一个成分,蛋白质ABHD6和PORCN,保护了会导致单个成孔GluA亚单位形成的过早降解。第二种成分是蛋白质FRRS11和CPT1c的复合物。四个GluA蛋白组装成一个受体通道,它们准备与四个辅助亚基结合,即角蛋白或TARP蛋白。
这最后一步解离FRRS11-CPT1c复合物,并导致功能性AMPAR从ER衍生并转运至突触。
虽然新建立的装配线是针对AMPAR的,但研究人员认为,逐渐组装的过程是其他膜蛋白和蛋白质复合物的模型,这些膜蛋白和蛋白质复合物在大脑中介导信息处理,在其他类型的细胞中介导兴奋传播和/或底物运输。
标签:谷氨酸受体