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南方科技大学张明杰团队最新Science

iNature  · 公众号  ·  · 2024-05-24 08:21

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兴奋性突触和抑制性突触即使形成在一个亚微米大小的树突上也不会重叠。 兴奋性和抑制性突触后细胞基质或密度(e/iPSDs)是如何分离的尚不清楚。总的来说,为什么无膜细胞器在细胞亚室中自然分离尚不清楚。

2024年5月23日,南方科技大学张明杰团队在 Science 在线发表题为“ Demixing is a default process for biological condensates formed via phase separation ”的研究论文, 该研究表明分层是通过相分离形成的生物凝析物的默认过程。

研究人员通过体外和细胞内的生化重组,证明ePSDs和iPSDs通过相分离自发地分离成不同的凝聚分子组装体。用PSD-95标记iPSD scaffold gephyrin(解离常数~4 nM)导致gephyrin(桥蛋白)错定位到ePSD缩合物上。出乎意料的是,iPSD凝析物的形成迫使体内标记的gephyrin从ePSD凝析物中析出。 因此,与扩散控制的自发混合不同,分层是凝析油中生物分子的默认过程。相分离可以产生在稀溶液中无法发生的生物分子区隔化特异性。

另外, 2024年3月28日,南方科技大学张明杰团队在 Cell 在线发表题为“ Short-distance vesicle transport via phase separation ”的研究论文, 该研究以突触囊泡(SV)运输为范例,证明了突触蛋白与囊泡的相分离可以促进不同突触前扣子亚室之间受调节的定向囊泡运输。 具体来说,一个大线圈支架蛋白Piccolo响应Ca 2+ ,通过其C2A结构域介导的Ca 2+ 感应,可以从突触蛋白聚集的储备池冷凝水中提取SVs,并将提取的SVs沉积在活性区蛋白质冷凝水的表面。进一步表明,Trk融合基因TFG也通过相分离参与COPII囊泡从内质网转运到内质网-高尔基体中间区。 因此,相分离可能在细胞内的短距离定向囊泡运输中起普遍作用( 点击阅读 )。

兴奋性和抑制性信号在每个神经元的不同亚室中的分离为神经元回路的兴奋性和抑制性平衡提供了基础,这是大脑正常运作的重要过程。兴奋性突触包含一层约50纳米厚、数百纳米宽的电子致密增厚层和细胞基质,称为突触后密度(PSD)。抑制突触的电子密度增厚也存在,但要薄得多(~15 nm)。 绝大多数抑制突触位于树突轴上。相当大比例的抑制性突触与兴奋性脊柱突起共同神经支配。双神经支配脊柱的解剖结构—尤其是它们的突触后隔室—是很有趣的。
电镜研究表明,在每个双神经支配的脊柱中,兴奋性和抑制性PSDs (ePSDs和iPSDs)在亚微米大小的脊柱突出物中形成分离良好的电子密集亚室。已经确定ePSDs和iPSDs是由不同的蛋白质组成的,它们能够分别将α-氨基-3羟基-5-甲基-4-异唑丙酸(AMPA)受体 N -甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体(AMPARs或NMDARs)和γ-氨基丁酸(GABA)或甘氨酸受体(GABA A Rs或GlyRs)浓缩成密集的簇,以传导相反的电流。 密集的ePSD和iPSD分子不会分散,也不会混合,即使它们共享一个稀释的脊柱细胞质。
ePSD和iPSD在GUV表面的重构示意图(图源自 Science
最近的研究表明,突触蛋白的特异性和多价相互作用导致ePSDs和iPSDs通过相分离自主形成高度凝聚的PSD组装体。相分离为PSD凝析物的形成提供了一种独特的分子机制,这种机制无法用稀溶液中传统的蛋白质-蛋白质相互作用来解释。然而,控制ePSD和iPSD凝聚物空间分离的分子基础尚不清楚。ePSDs和iPSDs之间的分离也代表了许多细胞无膜细胞器共存并在各种细胞亚室中发挥作用的典型例子。 在相分离研究中一个紧迫的问题是,考虑到这些无膜细胞器不含物理屏障,如何在细胞内相互分离。
该研究通过体外和细胞内的生化重构方法,发现通过相分离形成的ePSD和iPSD凝聚物具有内在的分离性。相分离介导的生物凝析物的形成产生了分子相互作用和区隔化特异性,而这在稀释溶液中没有发生。 该研究表明,分层是通过相分离形成的生物凝析物的默认过程。

原文链接:
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adj7066

END

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