研究人员揭示了突触形成的关键机制，这对神经元之间的信息传递和大脑中的信息存储至关重要。通过利用CRISPR技术在人类干细胞中将突触小泡标记上荧光蛋白，他们观察到了这些小泡在活体神经元中的发育过程。

与之前的观点相反，突触小泡蛋白、活性区蛋白以及潜在的黏附蛋白都共享一个统一的运输途径，而非分道扬镳。这一新发现引入了神经元独特的运输细胞器的概念，并为神经系统疾病的治疗干预和记忆存储的理解提供了未来的研究方向。

关键发现

1. 统一的运输途径：研究人员发现，突触形成的关键蛋白并非单独运输，而是在神经元中共享一条共同的“巴士”或运输途径。

2. 运动蛋白KIF1A：KIF1A是一种驱动轴突运输的运动蛋白，其突变可能破坏突触前蛋白的轴突运输，导致运动障碍和智力障碍等神经系统问题。

3. 神经元独特的细胞器：神经元可能拥有一种独特的运输细胞器，它缺乏高尔基体标记，但与内溶酶体系统共享标记，这一发现为理解神经元再生和对抗衰老提供了新方向。

研究背景

无论是在大脑还是肌肉中，只要有神经细胞，就有突触。这些神经元之间的接触点是兴奋传递的基础，即神经元之间的通信。在通信过程中，有发送者和接收者：神经细胞的轴突生成并传递电信号，充当信号发送者。

突触是轴突神经末梢（突触前）与突触后神经元之间的接触点。在这些突触中，电脉冲被转化为化学信使，由邻近神经元的突触后接收和感知。这些信使从称为突触小泡的特殊膜囊中释放出来。

除了传递信息外，突触还可以存储信息。尽管突触的结构和功能相对清楚，但关于它们如何形成的知识却很少。

研究方法

为了追踪突触前的形成过程，研究人员利用CRISPR基因剪刀将荧光蛋白插入人类干细胞中，并从这些修饰的干细胞中生成神经元。借助荧光标记，研究人员能够在显微镜下直接观察活体发育中的人类神经细胞内新生突触小泡的发育过程。

突触小泡是包含信使的膜囊，存储在每个突触中以将电信号转化为化学信号。与指示突触位置的支架蛋白和化学翻译电信号的钙通道一起，这些囊泡构成了突触前的核心元素。

研究结果

研究人员发现，突触小泡蛋白、活性区蛋白以及潜在的黏附蛋白都共享一条统一的运输途径，而非之前认为的分开运输。这一发现表明，神经元可能拥有一种独特的运输细胞器。

研究还表明，运动蛋白KIF1A是轴突运输的主要驱动力。KIF1A的突变可能干扰突触前蛋白的轴突运输，导致神经系统症状，如运动障碍、共济失调或智力障碍。

此外，研究人员还确定了轴突运输载体的细胞生物学特性。这些载体不包含高尔基体标记，但与内溶酶体系统共享标记，这为神经元独特的运输机制提供了新见解。

未来展望

尽管研究人员已经揭示了突触形成的关键机制，但仍有许多问题有待解答。例如，新发现的运输细胞器是如何形成的？它们的组成是什么？它们如何将突触分子运送到目的地？

此外，是否可能利用相同的轴突运输机制来存储终身记忆？这些问题正是Volker Haucke及其团队接下来希望解答的。未来的研究前景令人兴奋。

参考文献

Original Research: Closed access.
“Phosphatidylinositol 3,5-bisphosphate facilitates axonal vesicle transport and presynapse assembly” by Volker Haucke et al. Science