Press Releases  | 21 Aug 2018

香港科技大學硏究團隊重構神經突觸的關鍵元件 揭示其形成及調節機制 為精神障礙的診斷及早期治療帶來希望

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香港科技大學(科大)生命科學部嘉里理學教授張明傑領導的硏究團隊最近通過一種全新的生物化學重構方法,揭示突觸後緻密區(PSD)的蛋白質在處理及傳遞大腦神經訊號時的調控機制,或能為今後自閉症、精神分裂症等精神障礙的早期診斷及治療提供幫助。

突觸是促成神經細胞之間訊號傳遞的基本結構,對於神經細胞的功能至關重要。突觸的形成及對不同刺激的正確反應是大腦行使其正常功能的基礎。但目前科學界對突觸的形成及調控機制所知甚少,這是因為大腦中雖然有海量的突觸,卻很難找到兩個完全相同的突觸—意味著沒有重複出現的突觸結構可供科學硏究。

在最近發表的該項硏究中,科大的研究團隊於體外系統中(在溶液中及在雙層膜結構上)成功重構出關鍵的神經突觸元件—突觸後緻密區蛋白結構。該人工重構的元件重現了神經元突觸後緻密區的典型結構和功能特徵。在此基礎上,科大科硏人員揭示了突觸後緻密區蛋白質分子之間高度動態的相互作用。其硏究結果顯示,神經細胞中高度緻密的突觸後緻密區或能通過蛋白質分子的自發組裝而形成,並能在維持穩定結構的同時進行高度動態的分子交換。

此學術硏究文章的共同作者、張明傑教授硏究團隊的博士後硏究員曾夢龍博士表示:「突觸後緻密區對神經細胞的功能至關重要。我們的生化重構方法建立了一個全新的分子平台,為了解神經細胞以突觸為單位的區室化運作機制提供了可能的答案。」

張教授補充:「從此項生化重構硏究中所獲得的資訊,再結合基於神經細胞的實驗,將為我們了解突觸後緻密區的蛋白質在突觸形成及運作中所扮演的角色帶來重要幫助。雖然這個重構的元件較真實的神經突觸仍相對簡單,但這種生化成分清晰並便於操縱的硏究系統將為科學界提供一個有用的平台以及全新的範例,將會有力地推動對興奮性神經突觸的形成及調節機制的硏究,也將有助於闡明一系列因突觸蛋白編碼基因突變引起的腦疾病的病理機制,最終或可以幫助精神障礙的早期診斷及治療。」

是次硏究的成果是張教授硏究團隊一系列基礎腦神經科學硏究中的最新發現,其前期相關工作已於2016年8月25日發表在頂級科學期刊《細胞》中。是次工作是繼2016年成果後的又一重大突破,已發表於2018年8月2日出版的《細胞》期刊中。是項硏究獲得科大物理學系主任童彭爾教授的研究團隊的協助,測定突觸後緻密區蛋白結構於濃縮相中的物料性質。

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 張教授 (左)及曾博士(右)於實驗室內觀察突觸蛋白的相互結合模式
張教授 (左)及曾博士(右)於實驗室內觀察突觸蛋白的相互結合模式
 重構的突觸後緻密區結構作為一個分子平台,將有助了解突觸建立和可塑性調節的機制
重構的突觸後緻密區結構作為一個分子平台,將有助了解突觸建立和可塑性調節的機制

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