追踪受体蛋白揭示记忆和学习的分子基础
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新发现：偏光显微镜的应用
两步标记后皮质神经元的共聚焦显微图像。用抗 MAP2 抗体对神经元进行固定、透化和免疫染色，以观察树突。绿色和红色信号分别表示标记的荧光和抗 MAP2 信号。来源：清中茂树
来自日本的科学家采用了一种新的两步法标记神经递质受体蛋白来有效地跟踪它们的定位。
我们神经系统中的神经元通过发送和接收称为神经递质的化学信息相互“交谈”。这种通讯是由称为受体的细胞膜蛋白促进的，受体接收神经递质并将它们传递到细胞之间。在最近发表在《自然通讯》上的一项研究中，来自日本的科学家报告了他们关于受体动力学的发现，这有助于理解记忆形成和学习的过程。
神经元内受体运动和定位的调节对于突触可塑性很重要，突触可塑性是中枢神经系统中的一个重要过程。一种特定类型的谷氨酸受体，称为 AMPA 型谷氨酸受体 (AMPAR)，会经历一个恒定的“贩运”循环，循环进出神经元膜。领导上述研究的日本名古屋大学的 Shigeki Kiyonaka 教授说：“对这种‘贩运’过程的精确调控与神经回路的学习、记忆形成和发育有关。”
虽然分析 AMPAR 贩运的方法有很多，但每种方法都有其局限性。生化方法包括用生物素（一种 B 族维生素）“标记”受体蛋白。然而，这需要在标记后纯化蛋白质，从而阻碍定量分析。另一种涉及生产用荧光蛋白标记的“融合”受体蛋白的方法可能会干扰贩运过程本身。“在大多数情况下，这些方法很大程度上依赖于目标亚基的过表达。然而，单个受体亚基的过表达可能会干扰神经元中天然受体的定位和/或运输，”Kiyonaka 教授解释说。
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为此，名古屋大学、京都大学和庆应义塾大学的研究人员开发了一种 AMPAR 选择性试剂（一种引起反应的化学试剂），使他们能够在培养的神经元中以两步方式用化学探针标记 AMPAR，结合亲和力基于生物相容性反应的标记。正如 Kiyonaka 教授所预期的那样，新方法被证明优于传统方法：它允许科学家在更短和更长的时间（超过 120 小时）内分析受体运输，并且在标记后不需要额外的纯化步骤.
研究小组的分析显示，与树突相比，突触中 AMPAR 的浓度高出三倍，神经元中的半衰期为 33 小时。此外，科学家们使用这种技术来标记和分析 NMDA 型谷氨酸受体 (NMDAR) 的运输，并在神经元中获得 22 小时的半衰期。有趣的是，这两个半衰期值都明显长于 HEK293T（一种肾细胞系）中报道的值。研究人员将此归因于大型谷氨酸受体蛋白复合物的形成，以及在 AMPAR 的情况下，磷酸化水平的差异。
该团队对他们的发现的潜在影响感到兴奋。“我们的方法有助于我们了解神经元中谷氨酸受体转运的生理和病理生理作用。这反过来又可以帮助我们了解记忆形成和学习过程的分子机制，”Kiyonaka 教授说。
这项研究让我们更深入地了解——并使我们更接近于破译——分子水平的记忆和学习过程。