刘*连挂号 http://pf.39.net/bdfyy/bjzkbdfyy/210901/9392374.html突触（Synapse）作为神经元（Neuron）之间传递信号的化学结构，由突触前膜、突触间隙、突触后膜组成。神经递质（Neurotransmitter）包裹在突触小泡（SynapticVesicle，SV）中，经过栓系（Tethering）、对接（Docking），被定位到突触前膜活性区（ActiveZone），再经过活化（Priming）过程，才可以响应动作电位（ActionPotential），致使SV与突触前膜融合（Fusion）并实现神经递质的释放。活性区作为SV释放神经递质的位点，其重要性毋庸置疑，但是SV究竟如何定位到活性区却悬而未决。长期以来，多对分子层面的蛋白质-蛋白质相互作用被发现参与到SV的释放过程，而对磷脂膜和蛋白质之间的相互作用、亚细胞尺度的相互作用却鲜有研究。
已知SV在突触前膜大致分成3个亚群，其中最大的一群由synapsin维持在突触前膜远端，叫做储备池（ReservePool），它们只有被定位到活性区成为即刻可释放池（ReadilyReleasablePool,RRP）才有机会被释放，另有一小亚群在两者之间穿梭，又称循环池（RecyclingPool）。有意思的是，这3个亚群的SV并没有明确的形态学或分子组成的区别，其功能的差异性似乎是由其所处的位置决定的，而不同亚群的SV由不同蛋白质维持。早前有报道指出，synapsin的相分离可以对储备池的SV起到维持作用，那么RRP又怎样维持呢？
年1月17日，香港科技大学张明杰教授课题组在MolecularCell上发表了题为RIMandRIM-BPformpresynapticactivezone-likecondensatesviaphaseseparation的研究论文，揭示了由相分离介导的突触前膜活性区的组织方式，一改以往大家对活性区的认识。基于这种新的蛋白质相互作用网络的组织方式，SV与活性区的直接相互作用重新进入研究视野（详见BioArt报道：MolCell
张明杰组报道相分离对于重新认识突触的形成与维持的重要意义）。
年11月16日，张明杰教授课题组再次在MolecularCell发表题为Vesicletetheringonthesurfaceofphaseseparatedactivezonecondensates的研究论文，直指SV在突触前膜活性区的定位机制。研究者发现，人工合成的小单层脂质体（SmallUnilamellarVesicle，SUV）和从大鼠脑中直接纯化的SV，都可以直接吸附到RIM和RIM-BP形成的蛋白质凝聚体上（图1A），而不是像synapsin那样，和SV形成共定位的凝聚体（图1B），提示活性区蛋白质凝聚体和synapsin的蛋白质凝聚体对SV有着不同的相互作用方式，很可能以此区分SV的身份。
图1
研究者继而制备了巨型单层脂质体（GiantUnilamellarVesicle,GUV）来模拟突触前膜，在体外实现了“SUV-RIM/RIM-BP凝聚体-GUV”的重构（图2），模拟了“突触小泡-活性区-突触前膜”的结构。
图2
研究者进一步推测，synapsin和RIM/RIM-BP很有可能都通过相分离和SV产生联系，但是不同的作用方式导致了SV不同的定位效果。于是决定将synapsin，RIM/RIM-BP和SV混合在一起。令人惊讶的是，synapsin和RIM/RIM-BP的凝聚体并不融合，而是形成了synapsin凝聚体包裹着RIM/RIM-BP凝聚体的共凝聚状态，SV则选择和synapsin共定位，并覆盖环绕在RIM/RIM-BP凝聚体表面（图3）。
图3
接下来研究者们决定再次引入GUV来模拟突触前膜，并成功实现了“synapsin/SUV共凝聚体-SUV覆盖的RIM/RIM-BP凝聚体-GUV”结构的体外重构（图4），模拟了整个突触结（synapticbouton）的多层组织的结构特征：（1）由synapsin凝聚体维持的储备池；（2）由活性区凝聚体维持的RRP；（3）互不相融的synapsin和RIM/RIM-BP凝聚体以及以此区分的储备池与RRP；（4）直接贴附在突触前膜上的活性区。
图4由相分离介导的突触结的体外重构
正如其中一位评审评价的那样：“Thepaperusessophisticatedexperimentalmethodstoputforwardamodelofpresynapticorganizationthroughphaseseparation.Thisisanattractiveapproachthatprovidesfurtherevidencethatthisimportantbiochemicalprocess(phaseseparation)mayorganizethenerveterminalandanentiresynapse.”综合张明杰教授实验室近年对突触后膜致密区、突触前膜活性区的其他研究，这篇文章无疑为相分离介导整个突触的形成提供了又一力证。此外，该研究还发现了一种新的亚细胞结构之间的相互作用方式，这种由相分离介导的无膜细胞器、与典型的有膜细胞器之间的相互作用不仅存在于神经系统中，而且也应该存在于其他生命体系，所以该研究对整个细胞生物学的研究有着普适的意义（图5）。
图5
香港科技大学张明杰教授为本文通讯作者，博士生吴先登为第一作者。该研究与德国马-普研究所著名神经科学家ReinhardJahn教授合作完成，MarceloGanzella博士、周锦川博士、博士生朱仕瀚对该研究亦有贡献。
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