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重磅發(fā)現(xiàn):大腦中存在一種全新的細(xì)胞通訊方式,由外泌體介導(dǎo)


我們知道,神經(jīng)元會(huì)通過突觸傳遞神經(jīng)遞質(zhì),這些神經(jīng)遞質(zhì)從一個(gè)神經(jīng)元移動(dòng)到相鄰的神經(jīng)元,從而在整個(gè)大腦中發(fā)送、接收和傳遞信號(hào)。此外,激素也會(huì)通過大腦循環(huán)來影響腦細(xì)胞的生長(zhǎng)并幫助在神經(jīng)元之間建立新的鏈接。

研究阿爾茨海默病、帕金森病等神經(jīng)退行性疾病的科學(xué)家發(fā)現(xiàn),tau蛋白、α-突觸核蛋白等蛋白質(zhì)可以更獨(dú)立地在大腦不同細(xì)胞之間移動(dòng),并可能與疾病本身相關(guān)。那么,在健康的大腦中,是否也會(huì)發(fā)生這種神經(jīng)元之間的直接的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移呢?

近日,來自美國(guó)Scripps研究所、杜克大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員在 Cell 子刊 Cell Reports 發(fā)表了題為:Proteomic screen reveals diverse protein transport between connected neurons in the visual system 的研究論文。

該研究通過蛋白質(zhì)標(biāo)記和識(shí)別策略,發(fā)現(xiàn)并證實(shí)了健康大腦中存在一種新的細(xì)胞通訊方式,這種通訊方式通過外泌體在神經(jīng)元之間轉(zhuǎn)運(yùn)大量蛋白質(zhì)。這一發(fā)現(xiàn)有助于更好地了解阿爾茨海默病、帕金森病等神經(jīng)系統(tǒng)疾病。


實(shí)際上,之前就有研究發(fā)現(xiàn),源自大腦中一個(gè)細(xì)胞的蛋白質(zhì)出現(xiàn)在了另一個(gè)細(xì)胞中。然而,這些研究無(wú)法排除這些蛋白質(zhì)是被降解為氨基酸后在其他細(xì)胞中被重新組裝的可能性。

在這項(xiàng)新研究中,研究團(tuán)隊(duì)使用生物素分子標(biāo)簽(biotin)來標(biāo)記蛋白質(zhì),從而確保只追蹤保持完整的蛋白質(zhì)。如果該蛋白被降解,生物素分子標(biāo)簽不會(huì)重新整合到新合成的蛋白質(zhì)中。

研究團(tuán)隊(duì)標(biāo)簽引入大鼠眼睛中的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞,11天后,他們檢查了大腦視覺皮層細(xì)胞視覺皮層是大腦中負(fù)責(zé)處理視覺的區(qū)域,并且其與視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞有一定距離。

為了評(píng)估大腦細(xì)胞之間直接蛋白轉(zhuǎn)移的普遍性和特性,研究團(tuán)隊(duì)使用電子顯微鏡、質(zhì)譜等方法全面檢查了視覺神經(jīng)回路中被生物素標(biāo)記的蛋白質(zhì),他們發(fā)現(xiàn)了約200種被標(biāo)記的蛋白質(zhì),并對(duì)這些蛋白質(zhì)種類進(jìn)行了進(jìn)一步鑒定。

電子顯微鏡顯示,與γ-氨基丁酸(GABA)能神經(jīng)元相比,生物素標(biāo)記的蛋白質(zhì)從視黃素輸入優(yōu)先轉(zhuǎn)移到興奮性外側(cè)膝狀體核(LGN)神經(jīng)元?;谫|(zhì)譜的無(wú)偏篩選確定了從視覺皮層分離的約200個(gè)經(jīng)神經(jīng)元轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(TNTP)。其中大多數(shù)經(jīng)神經(jīng)元轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(TNTP)存在于神經(jīng)元外泌體中,在分離的外泌體和突觸后神經(jīng)元中檢測(cè)到病毒式TNTP,包括tau蛋白和β-突觸核蛋白。

TNTPs的蛋白組學(xué)分析

這些研究結(jié)果證明了健康完整大腦中神經(jīng)元之間存在新的不同的內(nèi)源性蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移方式,并表明這些經(jīng)神經(jīng)元轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(TNTP)的轉(zhuǎn)運(yùn)可能是由外泌體介導(dǎo)的。


值得一提的是,該研究鑒定出來的經(jīng)神經(jīng)元轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(TNTP)包括tau蛋白和β-突觸核蛋白這兩種在阿爾茨海默病和帕金森病的神經(jīng)元之間轉(zhuǎn)移的蛋白質(zhì),這表明健康大腦中同樣也存在這些蛋白的轉(zhuǎn)移。

這項(xiàng)研究提示了我們,大腦細(xì)胞之間可能通過外泌體普遍、大量轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白質(zhì),這有助于人們探索大腦細(xì)胞間新的通訊方式,也有助于更好地了解阿爾茨海默病、帕金森病等神經(jīng)系統(tǒng)疾病。

論文鏈接
https://doi.org/10.1016/j.celrep.2021.110287

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