港科大揭示一种突触蛋白组织新机制

(记者黄鑫)香港科技大学张明杰院士团队揭示了神经系统突触蛋白组织的新机制。相关结果最近发表在《细胞》杂志的网络版上。

人脑有一个巨大的神经网络。突触，作为这个网络的节点，是所有神经细胞之间相互连接和交流的结构和功能单位。突触后膜下是一个高密度但高度动态的蛋白质复合结构，即突触后致密区。它负责接收突触前端释放的神经递质，并参与调节突触信号传递和突触可塑性。近年来，遗传学研究表明，PSD蛋白的基因突变可导致一系列严重的神经发育疾病。

张明杰团队使用上海光源生物大分子晶体学站分析了PSD-95和SynGAP化合物的晶体结构，发现PSD-95通过从C末端延伸的PDZ结构域特异性识别SynGAP。该研究小组还在SynGAP的c端发现了一个螺旋线圈域。通过这个结构域，突触间隙形成一个同源三聚体，并可以结合到多个PSD-95分子。

有趣的是，PSD-95和SynGAP可以通过这种多价相互作用自发组装成蛋白质网络结构。随着浓度的增加，该结构通过液相到液相的相变过程，在试管和细胞中形成致密、动态的“油滴状”无膜涂层结构。PSD-95和SynGAP都是自发富集在这种“油滴”结构中，并且还能与周围的水环境快速交换分子。

这一现象表明蛋白质相变可能是突触后致密区的形成机制。基于PSD-95/SynGAP复合结构和SynGAP三聚体结构设计的点突变实验，研究者进一步证实了多价态的相互作用是形成“油滴”结构的分子基础。海马神经元的细胞学实验证实，这种点突变将影响突触间隙对突触后致密区神经活动的定位、富集和反应，从而改变神经细胞突触的兴奋性。这可能解释了自闭症的发病机制。

相关专家表示，研究发现了突触蛋白组织的一种新机制——神经细胞在特定位置组织不同的功能成分，通过“相变”的基本物理变化来完成特定功能。这将有助于理解为什么这些突触蛋白的遗传缺陷会导致一系列严重和常见的中枢神经系统疾病，从而为研究和开发这些疾病的治疗方法注入新的灵感。

《中国科学新闻》(第一版集锦，2016年9月21日)