Press Releases  | 25 Jan 2018

科大研究团队揭示大脑维持平衡的机制

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香港科技大学(科大)一支跨学科研究团队,发现了人类大脑如何开启及关闭神经活动的机制,对了解如癫痫症、帕金逊症及毛细血管扩张性共济失调等神经系统疾病的机理,提供了重要的基础。

于科大生命科学部主任兼讲座教授贺若蒲领导下,作出有关发现的博士研究生程爱芳指出:「正如生活中很多事情一样,健康的大脑功能取决于各种活动之间的平衡。我们认为大脑是活跃的,譬如提一下腿或说一句话,都属于活跃的身体机能;但能够让我们的大脑停止这些活动同样重要。惟一直以来,科学界都不清楚大脑具体如何执行这种调控功能。」

研究团队发现,大脑分别透过调节蛋白激酶ATM和ATR的水平,来平衡这种「开始」与「停止」的功能。 例如,病理情况下,当ATM水平下降时,ATR的水平就会增加,反之亦然。此外,团队还发现,ATM负责调控兴奋性突触微小囊泡,而ATR则负责调控抑制性突触微小囊泡,这两种激酶是透过控制这些微小囊泡的运动,从而调控神经活动的兴奋抑制平衡。神经元突触乃两个神经元之间的空隙,用以调节大脑中的讯息流动。

身兼科大超高分辨率成像中心主任的贺若蒲教授表示:「这项新发现属基础研究领域,但对人类疾病的研究具有重大意义。举个例子,癫痫症患者的其中一个问题就是缺乏抑制能力。正如我们的研究结果预测,ATR太少的人很可能会患上癫痫症;相反,缺乏ATM的人则难以精确地控制活动能力,亦难于维持适当的神经兴奋/抑制比例(E/I Ratio),这意味着ATM和ATR之间存在阴阳平衡关系。但这只是研究的开端,我相信我们的工作将有助开拓更广泛的神经系统疾病机理研究。」

这项发现早前获刊登于《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上。

团员透过科大提供的超高分辨率显微镜,以极高倍率观察两种激酶在细胞中的位置。显微镜特有的定格设计,有效维持拍摄高解像度影像过程所需要的稳定性。

科大物理学系教授及超高分辨率成像中心副主任杜胜望教授表示:「我们面对的其中一项重大挑战,是即使在超高分辨率的显微镜下,所有的囊泡看起来都非常相似。为了进行辨识,我们为显微镜研发了一套三色系统,结果协助团队证实了ATM和ATR不会于同一个VAMP2标记的突触小泡上出现。」

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香港科技大学(www.ust.hk)是国际知名的研究型大学,其科学、工程、商业管理及人文社会科学领域,均臻达世界一流水平。科大校园国际化,提供全人教育及跨学科研究,培育具国际视野、创业精神及创新思维的优秀人才。科大一向以学术严谨和研究成果丰硕著名,其研究于香港的大学教育资助委员会「2014研究评审工作」获得最多「世界领先」评级。科大于最新的《QS》年轻大学排名位列全球第2,而科大的毕业生在2017年度的全球大学就业能力调查排名第12位,位列大中华院校之首。

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 由科大超分辨率显微镜拍摄出来的影像(右上﹕缩放为小图1-6)比普通显微镜所拍摄的(左上)更为清晰,令研究团队首次发现ATM(蓝色)和ATR(红色)永不会于同一个突触小泡标记(绿色)上出现。
由科大超分辨率显微镜拍摄出来的影像(右上﹕缩放为小图1-6)比普通显微镜所拍摄的(左上)更为清晰,令研究团队首次发现ATM(蓝色)和ATR(红色)永不会于同一个突触小泡标记(绿色)上出现。
 贺若蒲教授(前排左二)、杜胜望教授(前排右二)、博士生程爱芳(后排左)及研究团队成员合照。
贺若蒲教授(前排左二)、杜胜望教授(前排右二)、博士生程爱芳(后排左)及研究团队成员合照。

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