科技日報(bào)訊 （記者羅云鵬 吳長鋒）11月1日，記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校與中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院雙聘教授畢國強(qiáng)、該校教授劉北明、該校特任副研究員陶長路團(tuán)隊(duì)等，通過自主研發(fā)的毫秒級(jí)時(shí)間分辨原位冷凍電鏡成像技術(shù)，破解了神經(jīng)信息傳遞過程中，突觸囊泡釋放與快速回收的完整生物物理過程，并提出“親吻—收縮—逃逸/融合”模型。該成果統(tǒng)一了半個(gè)世紀(jì)以來學(xué)界關(guān)于突觸囊泡釋放與回收機(jī)制的兩個(gè)爭議模型，為理解神經(jīng)信號(hào)傳遞、神經(jīng)可塑性及相關(guān)腦疾病機(jī)理提供全新視角。相關(guān)研究成果發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上。

為“看清”突觸囊泡傳遞信息的動(dòng)態(tài)過程，研究團(tuán)隊(duì)將光遺傳學(xué)刺激與投入式冷凍技術(shù)進(jìn)行耦合，開發(fā)出毫秒級(jí)時(shí)間分辨的冷凍電鏡制樣技術(shù)，通過光刺激誘導(dǎo)神經(jīng)元傳遞電信號(hào)，在信號(hào)發(fā)出后的4—300毫秒之間的不同瞬間，對細(xì)胞進(jìn)行快速冷凍“定格”，精準(zhǔn)捕捉囊泡釋放的瞬時(shí)狀態(tài)，并由此獲得上千套高分辨率的神經(jīng)突觸三維重構(gòu)數(shù)據(jù)。在進(jìn)一步結(jié)合圖像處理技術(shù)中，研究團(tuán)隊(duì)清晰地觀察到囊泡與細(xì)胞膜的半融合結(jié)構(gòu)、兩者之間形成的狹小融合孔，以及介導(dǎo)兩者融合的蛋白復(fù)合物，同時(shí)分析出不同形態(tài)的突觸囊泡數(shù)量隨時(shí)間的變化規(guī)律。

基于此，研究團(tuán)隊(duì)清晰地揭示出突觸囊泡釋放與快速回收的完整過程，并提出“親吻—收縮—逃逸/融合”全新的理論模型：當(dāng)神經(jīng)信號(hào)到達(dá)囊泡后4毫秒內(nèi)，裝載著神經(jīng)遞質(zhì)的囊泡先與突觸前膜“親吻”形成約4納米的融合孔；隨后，囊泡發(fā)生快速收縮，其表面積減半，變成小囊泡；最終，大部分小囊泡在70毫秒內(nèi)開始以“逃逸”方式離開，少部分則與突觸前膜“全融合”。

據(jù)悉，該研究也為深入理解神經(jīng)信號(hào)傳遞、突觸可塑性以及阿爾茨海默病、帕金森病等腦疾病發(fā)病機(jī)理研究提供了新視角。此外，科研團(tuán)隊(duì)開發(fā)的毫秒級(jí)時(shí)間分辨原位冷凍電鏡成像等創(chuàng)新技術(shù)，有望為研究細(xì)胞內(nèi)其他動(dòng)態(tài)過程如病毒感染、藥物作用等提供新的技術(shù)手段。