Press Releases  | 25 Jan 2018

科大研究團隊揭示大腦維持平衡的機制

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香港科技大學(科大)一支跨學科研究團隊,發現了人類大腦如何開啟及關閉神經活動的機制,對了解如癲癇症、帕金遜症及毛細血管擴張性共濟失調等神經系統疾病的機理,提供了重要的基礎。

於科大生命科學部主任兼講座教授賀若蒲領導下,作出有關發現的博士研究生程愛芳指出:「正如生活中很多事情一樣,健康的大腦功能取決於各種活動之間的平衡。我們認為大腦是活躍的,譬如提一下腿或說一句話,都屬於活躍的身體機能;但能夠讓我們的大腦停止這些活動同樣重要。惟一直以來,科學界都不清楚大腦具體如何執行這種調控功能。」

研究團隊發現,大腦分別透過調節蛋白激酶ATM和ATR的水平,來平衡這種「開始」與「停止」的功能。 例如,病理情況下,當ATM水平下降時,ATR的水平就會增加,反之亦然。此外,團隊還發現,ATM負責調控興奮性突觸微小囊泡,而ATR則負責調控抑制性突觸微小囊泡,這兩種激酶是透過控制這些微小囊泡的運動,從而調控神經活動的興奮抑制平衡。神經元突觸乃兩個神經元之間的空隙,用以調節大腦中的訊息流動。

身兼科大超高分辨率成像中心主任的賀若蒲教授表示:「這項新發現屬基礎研究領域,但對人類疾病的研究具有重大意義。舉個例子,癲癇症患者的其中一個問題就是缺乏抑制能力。正如我們的研究結果預測,ATR太少的人很可能會患上癲癇症;相反,缺乏ATM的人則難以精確地控制活動能力,亦難於維持適當的神經興奮/抑制比例(E/I Ratio),這意味著ATM和ATR之間存在陰陽平衡關係。但這只是研究的開端,我相信我們的工作將有助開拓更廣泛的神經系統疾病機理研究。」

這項發現早前獲刊登於《美國國家科學院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上。

團員透過科大提供的超高分辨率顯微鏡,以極高倍率觀察兩種激酶在細胞中的位置。顯微鏡特有的定格設計,有效維持拍攝高解像度影像過程所需要的穩定性。

科大物理學系教授及超高分辨率成像中心副主任杜勝望教授表示:「我們面對的其中一項重大挑戰,是即使在超高分辨率的顯微鏡下,所有的囊泡看起來都非常相似。為了進行辨識,我們為顯微鏡研發了一套三色系統,結果協助團隊證實了ATM和ATR不會於同一個VAMP2標記的突觸小泡上出現。」

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 由科大超分辨率顯微鏡拍攝出來的影像(右上﹕缩放為小圖1-6)比普通顯微鏡所拍攝的(左上)更為清晰,令研究團隊首次發現ATM(藍色)和ATR(紅色)永不會於同一個突觸小泡標記(綠色)上出現。
由科大超分辨率顯微鏡拍攝出來的影像(右上﹕缩放為小圖1-6)比普通顯微鏡所拍攝的(左上)更為清晰,令研究團隊首次發現ATM(藍色)和ATR(紅色)永不會於同一個突觸小泡標記(綠色)上出現。
 賀若蒲教授(前排左二)、杜勝望教授(前排右二)、博士生程愛芳(後排左)及研究團隊成員合照。
賀若蒲教授(前排左二)、杜勝望教授(前排右二)、博士生程愛芳(後排左)及研究團隊成員合照。

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