囊泡释放相关蛋白对神经细胞生长分化和突触形成的影响研究

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神经系统是生物体中最为复杂精密的系统,它肩负着生物体内各种信息的传递工作。神经系统疾病日益成为影响人类身体健康和生活质量的重要因素。神经系统的功能主要依赖于神经细胞彼此间在时间维度上的信息交换,这种信息交换通过Ca2+离子触发的,由突触前膜向突触后膜的神经递质释放而实现。上述的信息交换过程则需要以神经细胞空间维度上的正常生长发育和形态维持前提。神经细胞在时间和空间维度上的功能相互联系也互为保障,共同维持着神经递质释放这一神经系统的基本功能。
  时间维度上神经细胞间通过神经递质释放进行的信息交换,其本质是神经细胞的分泌过程。在这个过程中,神经细胞通过突触囊泡的释放实现对神经递质的毫秒级快速转运。参与调控囊泡释放的核心蛋白质家族包括 N-乙基马来酰亚胺敏感因子(NSF)、可溶性NSF衔接蛋白家族(SNAPs)、SNAP受体家族(SNAREs)、Munc-18、Munc-13和Rab-3等,而在这当中,SNARE复合体在膜融合的过程中扮演了核心角色,而其他蛋白则经常被视为SNARE复合体的调控因子。除此之外,诸如Synaptotagmin和Complexin蛋白等在释放过程中具有特定功能的蛋白,也可能直接的参与到膜融合的过程中。
  神经细胞通过形成并维持其空间形态来完成生长发育的过程。上千亿神经元细胞和神经胶质细胞共同组成一个有序的神经系统,而神经元细胞则是这个系统中进行信号处理的基础单元。神经元细胞在结构上分为胞体和突起(树突和轴突),信息接收主要发生在胞体和树突部分,神经元细胞本身则通过神经纤维向腺体、肌肉组织和其他神经元传递冲动。神经元相互接触的结构称为突触并分为化学突触和电突触两类。广泛存在于中枢和外周神经系统的神经胶质细胞数量为神经元的5-50倍,神经胶质细胞的突起无树突和轴突之分,彼此间普遍存在间隙连接。神经胶质细胞主要为神经元生长和功能提供支撑及调节作用。
  伴随日新月异的实验技术发展,神经系统构成和参与神经囊泡释放相关蛋白种类及功能的相关研究已取得了诸多进展。通过这些研究成果我们发现,在神经细胞时间和空间维度的功能上存在一个显著交集:神经细胞高效快速的信号传递受到一系列蛋白的调控,而神经细胞间的信息传递则也要基于完整的细胞结构。但调控神经细胞功能的蛋白对于神经细胞的结构发育和形态维持发挥何种作用尚不明确。阐明囊泡释放相关蛋白对于神经细胞生长发育的影响及相关作用机制,对于神经系统的研究具有重要意义。
  为探究囊泡释放相关蛋白对神经细胞生长发育的影响,我们选取SNARE复合体的组成蛋白Syntaxin,通过转染方式在N2a细胞中过表达其野生型和相关突变并进行细胞成像,我们发现:Syntaxin对N2a细胞的生长发育具有一定的促进作用,这种作用主要依赖其氨基端结构域的功能。基于以上结果,我们又选取囊泡释放相关的 Complexin蛋白,通过转染方式在 N2a细胞过表达相关蛋白的野生型及相应突变体,通过细胞成像逐步确定了该蛋白从分化率、突起数量、突起长度三个层面对于神经细胞生长发育的影响及作用机制。实验结果表明, Complexin蛋白在于N2a细胞的生长发育的早期具有促进作用,这种作用主要依赖于其氨基端结构域的功能,并且这种促进作用是保守的。在选取原代培养的小鼠大脑皮层神经元细胞对上述现象进行的验证中,通过慢病毒侵染过表达Syntaxin我们发现:Syntaxin依旧对神经元细胞的生长发育发挥作用,这种作用主要表现为对神经细胞生长的加速,对神经细胞生长发育的促进作用是不同功能域及蛋白相互作用的共同作用的结果。
  通过一系列实验我们得出结论:囊泡释放相关蛋白在神经细胞的生长发育的早期基于不同功能域及蛋白相互作用的共同作用,对神经细胞的生长发育具有促进作用。上述结论的得出,增进了人们对神经细胞的生长发育的理解,也为神经疾病的相关研究提供了重要的新的理论支撑。
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