新技术解密神经突触“黑匣子”

本报讯（记者杨保国）近日，《美国神经科学学会会刊》以封面形式报道了中国科大合肥微尺度物质科学国家研究中心与 学院教授毕国强等人的研究成果：利用冷冻电子断层三维重构技术（cryoET）和冷冻光电关联显微成像技术（cryoCLEM）解析神经突触超微结构。

突触是大脑行为、意识、学习与记忆等功能的最基本结构与功能单元，同时也是多种脑疾病发生的起源。精确解析突触的分子组织架构及其在神经活动过程中的变化，被认为是解密大脑奥妙的最直接有效的方法，也是神经科学中最基础的研究工作之一。

该合作课题组利用冷冻电子断层三维重构技术，实现了对中枢神经系统中两类最主要突触——兴奋性/抑制性突触的精确区分以及结构特征的定量化分析。他们通过将大鼠的海马神经元培养在冷冻电镜的特型载网上，进行快速冷冻后并直接进行成像，获得了一系列完整突触在近生理状态下的三维结构。结合定量分析手段，首次报道了抑制性突触的均匀薄片状突触后致密区结构，并发现两类突触中均存在椭球状突触囊泡，结束了关于两类突触在突触囊泡和突触后致密区形态精细结构上由来已久的争论。他们进一步利用电子能量过滤器和直接探测相机的冷冻电镜成像设备，获得了突触在分子水平的精细组织架构，实现了在突触原位直接观察单个神经递质受体蛋白复合物及其与支架蛋白的相互作用。

该工作一方面推动了对突触超微结构与功能这一“黑匣子”的解密，另一方面为突破冷冻电镜技术在复杂细胞体系中原位解析生物大分子复合物的组织结构这一技术难题奠定了基础。