细胞:大进步！在神经元中发现了一种新的突触

来源：100医疗网原创2022-09-13 14:05

科学家们在很大程度上忽略了这些纤毛，因为它们很难用传统的成像技术看到。然而最近，更好的成像工具引起了人们对这些微小附属物的兴趣。

在一项新的研究中，美国霍华德休斯医学研究所Janelia研究园的研究人员在神经元表面的初级纤毛中发现了一种新的突触。相关研究成果发表在2022年9月1日的《细胞杂志》上，标题是一种血清素能轴突-纤毛突触驱动核信号改变铬的可及性。

初级纤毛中含有的这种特殊的突触，作为快速直接向细胞核发送信号的捷径，诱导细胞中形成染色体的染色质发生变化。

这篇论文的共同作者大卫克拉彭(David Clapham)来自霍华德休斯医学研究所的珍妮弗研究园(Jennifer Research Park)，他说，这种特殊的突触代表了一种改变细胞核中哪些基因被转录或翻译的方式。他补充说，对细胞的影响不仅是短期的，有些可能是长期的。

众所周知，一个神经元的轴突与其他神经元的树突之间存在突触，但从未在神经元的轴突与初级纤毛之间观察到突触。霍华德休斯医学研究所珍妮利亚研究园的高分辨率显微镜和创新工具使这些作者能够深入观察神经元和初级纤毛、突触、细胞中的信号级联反应和细胞核的变化。

纤毛突触的发现可能有助于科学家更好地理解细胞中的长期变化是如何沟通的。克拉彭说，从靠近细胞核的细胞内部延伸到外部的纤毛可以为细胞进行这些长期变化提供更快和更具选择性的方式。

成像纤毛

我们体内几乎每个细胞都有初级纤毛，这可能是我们单细胞祖先的遗产。纤毛信号检测受体在发育过程中的细胞分裂中起重要作用。一些纤毛，如我们肺部或精子尾部的纤毛，在以后的生活中也起着重要的作用。

然而，目前还不清楚为什么我们体内的其他细胞，包括神经元，会保持这种毛发状、细菌大小的突起，直到它们成熟。科学家们在很大程度上忽略了这些纤毛，因为它们很难用传统的成像技术看到。然而最近，更好的成像工具引起了人们对这些微小附属物的兴趣。

论文合著者、论文第一作者、霍华德休斯医学研究所珍妮研究园的资深科学家Shu-Hsien Sheu承认，虽然他受过神经科学家和神经病理学家的训练，但他只是在克拉彭实验室做博士后时才了解到神经元上的纤毛。出于好奇，Sheu决定更好地观察脑组织中的细胞器，看看他能学到什么。

Sheu充分利用他在聚焦离子束扫描电子显微镜(FIB-SEM)方面的专长来观察纤毛。这台高倍显微镜向Clapham的团队展示了神经元的轴突和伸出细胞体的纤毛之间存在一种叫做突触的连接。这些连接的结构特征与已知突触中发现的结构特征相似，因此他们将这些连接称为轴突-纤毛(也称为轴纤毛)突触。

B-SEM显示轴突-纤毛突触。图片来自cell，2022，doi :10.1016/j . cell . 2022 . 07 . 026

接下来，Clapham团队开发了新的生物传感器和化学工具来研究这一新发现结构的功能。他们还使用了一种新的成像方法——荧光寿命成像(FLIM)——来更好地测量纤毛中的生物化学事件。Sheu说，我在疫情期间学会了FLIM解决一些技术难题。事实证明，它改变了游戏规则。

借助这些工具，Clapham团队能够逐步展示神经递质血清素(也称为血清素)是如何从轴突释放到纤毛上的受体的。这触发了信号级联，打开了染色质结构，并允许细胞核中的基因组发生变化。Sheu说，函数使静态结构发生变化。一旦我们对结构发现有了信心，我们就会深入研究它的功能特征。

长期变化

这些作者表示，由于通过纤毛突触的信号可以改变细胞核中的基因组，因此与从轴突传递到树突的信号相比，它们很可能导致神经元的长期变化。这些变化可能持续几个小时，几天到几年，取决于染色质编码的蛋白质。

这项新研究特别关注血清素的受体。毕竟，血清素是一种广泛存在于大脑中的神经递质，在警觉、记忆和恐惧中起着重要作用。纤毛中至少有7至10种不同神经递质的受体。大脑以外的细胞(如肝细胞、肾细胞)上的纤毛也值得仔细观察。

接下来，更好地理解这些纤毛突触和受体的作用。

有助于科学家们开发更多的选择性药物。靶向血清素转运蛋白的药物被用来治疗抑郁症，而血清素也与我们的睡眠-觉醒周期有关。

Clapham说， 我们学到的关于生物学的一切都可能对人们过上更好的生活有用。如果你能弄清楚生物学是如何运作的，你就能解决一些问题。 （ 100yiyao.com）

参考资料：

1. Shu-Hsien Sheu et al. . Cell, 2022, doi:10.1016/j.cell.2022.07.026.

2. Scientists discover new kind of synapse in neurons tiny hairs

https://phys.org/news/2022-09-scientists-kind-synapse-neurons-tiny.html

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