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抽象

研究人员从学习中发现神经元变化背后的“数字”机制

神经元通过激活突触连接对学习和记忆作出反应。这个基本过程的背后机制是复杂的,人们对此知之甚少。托马斯·杰斐逊大学的研究人员发现,神经元可塑性通过离散大小的纳米模块以“数字”方式运行,这些纳米模块在刺激时会繁殖并增强神经元的连接。这一突破于4月23日发表在《自然神经科学》杂志上。

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对神经元棘进行成像时要考虑的一个关键方面是其大小,该大小要远低于可见光的衍射极限。远场荧光纳米技术能够以纳米分辨率和分子特异性阐明此类细节。使用多色 STED 由达尔瓦(Dalva)博士领导的团队对纳米细胞进行了纳米显微镜研究,以标记和跟踪负责突触前后区域信号传递的蛋白质。他们确定了参与信号发送和接收的蛋白质簇,它们在刺激后到达神经元棘。这些簇称为纳米模块,大小均一,从突触前区域到突触后区域对齐,就好像它们是协调的一样。 

令人惊讶的是,他们观察到纳米模块在刺激后数量增加,但没有增加。该结果表明“数字”机制正在发挥作用,其中更大的突触强度取决于相同大小的离散单元的加总,而不仅仅是募集蛋白质数量的连续增加。除了这一突破之外,研究人员还发现,受到刺激后,纳米模块开始摆动和移动,而突触前和突触后的组件仍保持在原位。 

这些发现为进一步研究纳米模块在神经元可塑性中的作用打开了大门。这些簇如何组装,对齐和链接突触前和突触后区域,以及为什么它们在刺激时摇摇欲坠,只是要解决的一些关键问题。提供答案将有助于增进对学习,记忆以及最终与神经系统疾病有关的分子机制的理解。

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Hruska M,Henderson N,Le Marchand SJ,Jafri H& Dalva MB:

突触纳米模块是脊柱突触的组织和可塑性的基础

自然神经科学 21, pages671–682 (2018)土井:10.1038 / s41593-018-0138-9