遺傳發育所揭示神經突觸穩態調控新機制

　　突觸是掌管神經系統信號傳遞的關鍵結構。成年大腦中突觸的結構可塑性，即突觸的形成和消失，被認為是長期記憶形成的基礎。長時程在體成像觀察表明：中樞神經系統中大部分軸突或樹突以及突觸的結構相當穩定，但受傷、豐富環境培養或長時間的感覺刺激會導致軸、數樹突分支的產生和消失，這種產生和消失往往伴隨著新突觸的生成和原有突觸的消除。這種經驗依賴的突觸結構可塑性的激發意味著突觸穩定性的去除，但神經系統突觸穩態如何獲得一直是個未解之謎。

　　秀麗隱桿線蟲的運動神經元其突觸形成的方式與高等動物中樞神經系統中興奮型突觸極其相似，都是沿途突觸（en passant synapse）。中國科學院遺傳與發育生物學研究所丁梅課題組通過建立新型活體熒光標記，首次在線蟲中分離到突觸不能穩定存在于固定位置的突變體。進一步研究發現：四型膠原蛋白、十八型膠原蛋白和胞外基質金屬蛋白酶GON-1對抑制突觸隨意性生長具有關鍵作用。超微結構分析表明：異位生長突觸起源于已存在的正常部位的突觸。異位生長突觸含有典型的囊泡聚集及電子致密結構-活性區，并與乙酰膽堿受體相鄰，暗示有些異位突觸可能具有遞質傳遞活性。在突觸生長異常的突變體中，胞外基質的完整性被破壞，突觸沿著被破壞的基質延伸出來，但在進一步去除串珠狀蛋白perlecan的情況下，基底膜的完整性反而得到改善。同時，perlecan過表達導致異位突觸出現，且perlecan敲降明顯抑制四型膠原蛋白及胞外基質酶GON-1突變體的表型，這些研究結果表明：在突觸穩態維持過程中既存在抑制信號也存在促進信號。

　　該研究首次揭示了在體（in vivo）胞外基質對沿途突觸穩態生長調控的現象，這些調控是通過胞外基組分以及相關蛋白酶復雜的相互協調和相互拮抗作用來實現的。這些發現對未來研究高等動物中沿途突觸的調控機制提供了研究線索。以上研究結果發表在最近的國際神經生物學雜志Journal of Neuroscience（2014, 34(31)：10311-10324）上。實驗室博士研究生秦建貞為該論文的第一作者。這一工作得到了國家自然科學基金委、科技部和中科院的資助。