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科学家揭示控制神经元细胞成熟的特殊发育剪接程序

转载 02月07日 来源:生物谷

大脑中的神经元细胞能够通过传递电信号或“引燃”动作电位来实现彼此之间的交流,而这一交流过程需要通过轴突和树突来实现,而传递电信号的这种能力常常是在神经元发育和成熟过程中来获得的,然而指导这一复杂过程的分子机制目前研究人员并不清楚。为了揭示控制神经元发育的复杂机制,来自哥伦比亚大学医学中心的研究人员对一种名为选择性剪接的分子调节机制进行了相关研究,相关研究成果刊登于国际杂志Neuron上。

选择性剪接是一种能通过连接不同组合的编码片段来产生多个转录本的过程,这一过程在神经发育过程中具有高度动态性,主要表现为在成千上万个基因中能够实现戏剧性的切换,从而就能产生特殊发育阶段所需要的一套蛋白质产物。选择性剪接的关键调节子就是Rbfox家族蛋白,其在神经元中非常丰富,此前研究人员将这种家族蛋白同多种神经发育障碍相联系,比如自闭症、精神分裂症和癫痫症等。

这项研究中,研究人员通过研究发现,Rbfox基因的缺失会诱发胚胎样的剪接程序,更重要的是,研究者还发现轴突起始片段(AIS)的装配会被明显打断,AIS是轴突近心端的亚细胞结构,其对于离子通道簇以及神经元引发动作电位非常重要;健康的神经元需要动作电位来与其它细胞进行交流,研究者指出,Rbfox基因能够控制锚定蛋白G基因(Ankyrin-G gene)的剪接,从而编码AIS中的互动中心蛋白质,同时,该基因小片段发生的剪接改变还能使其无法完成组装AIS的正常功能,这或许是因为AIS中锚定蛋白G基因的干扰和异常积累所致。

研究者Zhang表示,我们都知道,Rbfox对于控制RNA剪接非常重要,但我们并不理解其为何会促成神经元的成熟,以及其会控制哪种特殊的细胞表型;如今我们发现了一种重要的表型,这就能帮助我们理解神经元兴奋性是如何被控制的,神经元能通过“引燃”动作电位来沟通交流,如果该过程被干扰,神经元或许就无法合适地发挥自己的角色了。

动作电位也被称之为神经脉冲,其是我们大脑向器官和肌肉所发送的电信息,比如,大脑中的神经能够通过神经网络传递动作电位,促进机体的手臂肌肉收缩以便让我们能够拿起物品。此外本文研究中,研究人员还发现很多包含Rbfox的突触、细胞支架及膜蛋白都能调节可变外显子,Rbfox蛋白能被动态调节来影响神经元活性和损伤,而且其在成年人神经系统的损伤修复及神经元可塑性的调节过程中扮演着关键的角色。

在哺乳动物机体中,Rbfox蛋白主要是由三个单独的基因来制造,这些基因彼此之间都是多余的,由于这种多余性的存在,因此目前研究人员仍然无法实现在体内对Rbfox蛋白进行研究,为了克服这一挑战,研究人员与擅长基因工程技术、基因组分析的科学家们通力合作,最终阐明了Rbfox在控制神经元成熟过程中所扮演的角色。本文研究发现或能帮助研究人员在选择性剪接的水平下理解启动并传播神经元动作电位的分子机制。

(责编:叶圻 )
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