新蛋白质组技术揭示树突发育的秘密

斯坦福大学的 Stacey Kish

研究小组绘制了小脑浦肯野细胞的表面蛋白图谱，发现了这些细胞精心设计的树突轴生长和发育过程中的关键角色。图片来源：罗实验室

NeuroOmics 技术能让研究人员在完整的活体组织中标记和捕捉细胞表面蛋白，为了解复杂的细胞相互作用和未来的药物靶点提供了机会。

浦肯野细胞是形成于小脑中的大型神经元，小脑是大脑中位于大脑后方的小而紧凑的部分。每个细胞中都延伸出错综复杂的树突树，形成类似海扇的曲折分支模式。浦肯野细胞的功能障碍与神经系统症状有关，如震颤、肌肉运动不规则和反应过度。

浦肯野细胞精细的树突在神经元通信中发挥着不可或缺的作用，它接收并整合由散布在细胞表面的蛋白质协调的突触冲动。尽管在神经计算中发挥着不可或缺的作用，但人们对这些精细树突的发育过程仍然一无所知。一项在线发表于《神经元》（Neuron）10月刊的研究采用了一种新技术来分析普肯耶细胞表面的蛋白质，从而更好地了解它们在树突发育和神经元通讯中的作用。

细胞表面蛋白伸出细胞膜，就像建筑物上的触角。通过突出到周围环境中，这些蛋白质在细胞间通信中发挥着关键作用，就像哺乳动物神经系统中不同类型细胞之间高度协调的相互作用一样。研究这些蛋白质的大多数技术都无法量化和剖析哺乳动物大脑中不同细胞类型的蛋白质。

"细胞表面蛋白就像细胞外表面的小机器，介导着不同类型细胞之间的交流，"该研究的第一作者、哈佛大学博士后安德鲁-舒斯特（Andrew Shuster）说，他曾是罗氏实验室的成员。"我们有兴趣开发一种方法，来描绘健康组织中细胞表面蛋白的整个外衣，而其他方法还无法做到这一点"。

这项新技术被称为细胞外标记原位细胞表面蛋白提取技术（iPEEL），能够对从细胞表面延伸出来的表面蛋白进行精确标记。iPEEL是吴蔡神经科学研究所神经组学计划的产物，该计划旨在开发绘制神经系统基因和蛋白表达图谱以及神经元连接模式的工具。

"该研究的资深作者、斯坦福大学安-斯温德尔斯和比尔-斯温德尔斯教授、霍华德-休斯医学研究所研究员罗利群说："我们与斯坦福大学的几个实验室合作，借鉴并扩展了为细胞培养开发的技术，开始了这项工作。"这种方法是从我们的合作者Alice Ting在培养细胞方面的工作中延伸出来的，将适用于一系列器官系统和许多不同的应用，以研究细胞发育和疾病。

迄今为止，还没有描述过健康哺乳动物组织中任何细胞类型的全部细胞表面蛋白。罗和他的团队将这项技术应用于从转基因小鼠组织中获得的浦肯野细胞。利用 iPEEL，他们标记并分析了发育中（15 天大）和成熟（35 天大）的浦肯野细胞表面的蛋白质。目的是确定表面蛋白质的组成如何随年龄而变化，并探索它们的功能。

他们在年轻的浦肯野细胞中发现了可能参与树突生长和分枝的蛋白质子集。通过进一步评估这些蛋白质的功能，他们发现了犰狳样螺旋结构域包含蛋白4（Armh4），这是一种在神经系统中没有已知功能的蛋白质。

他们发现，Armh4 实际上在发育中的神经元产生精细树突的过程中起着关键作用。通过功能缺失或过表达来破坏Armh4蛋白，研究人员能够损害树突分支的形状和发育。他们的一些发现还表明，Armh4会影响突触的形成，可能是突触发生和树突形态之间的一个环节。

"舒斯特说："细胞表面蛋白对许多细胞类型都有重要功能，生物学家会发现它们令人兴奋。"Armh4]在整个神经系统的许多细胞类型中都有表达。研究这种蛋白质将阐明它在调节功能中的作用，并为了解它所调节的途径提供机会。

他们的研究还发现，许多相同的突触和通道蛋白在发育中和成熟的细胞中都很活跃，这表明即使在成熟的神经回路形成之前，电信号和突触信号的主动参与也是可能的。

(责任编辑：泉水)

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