記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校畢國強教授團隊17日在《科學(xué)》雜志發(fā)表一項神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的突破性研究成果，揭示了大腦高效傳遞信息的“微觀密碼”，也為相關(guān)腦疾病的機理研究提供了新視角。

據(jù)了解，畢國強教授團隊歷經(jīng)15年持續(xù)攻關(guān)，基於自主研發(fā)的毫秒級時間分辨冷凍電鏡技術(shù)，成功捕捉到突觸囊泡釋放與快速回收的完整動態(tài)過程，並提出全新“親吻-收縮-逃逸/融合”模型，解決了神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域長達半個世紀(jì)的關(guān)鍵爭議。

大腦功能的實現(xiàn)，依賴於數(shù)千億個神經(jīng)元之間高效、精準(zhǔn)的突觸傳遞，突觸囊泡作為神經(jīng)遞質(zhì)的載體，其釋放機制一直是神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的重要問題。自20世紀(jì)70年代以來，科學(xué)界圍繞囊泡釋放機制形成了“全融合”與“親吻-逃逸”兩種對立模型，但由於囊泡釋放過程發(fā)生在毫秒時間尺度、結(jié)構(gòu)變化處於納米空間尺度，傳統(tǒng)技術(shù)難以捕捉其瞬時動態(tài)，使這一爭議困擾神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域長達50年之久。

為攻克這一難題，畢國強教授團隊聯(lián)合國內(nèi)外多個團隊，開發(fā)具有毫秒時間分辨的原位冷凍電鏡技術(shù)，創(chuàng)新性地將光遺傳學(xué)刺激與投入式快速冷凍方法結(jié)合，實現(xiàn)了對神經(jīng)元突觸傳遞過程的毫秒級“動態(tài)定格”。團隊介紹，在具體實驗中，他們在神經(jīng)元中表達光敏蛋白，通過激光精準(zhǔn)激發(fā)動作電位，觸發(fā)突觸囊泡釋放。隨后，載有樣品的電鏡載網(wǎng)在設(shè)定時間內(nèi)快速落入冷凍劑，將細(xì)胞瞬間固定。通過精確控制光照與冷凍的時間間隔，團隊得以在囊泡釋放的不同階段（從4毫秒到300毫秒之間）捕獲其結(jié)構(gòu)快照。

團隊進一步解釋，基於上千套高分辨率三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)分析，他們發(fā)現(xiàn)囊泡釋放與快速回收是一個可分為三階段的動態(tài)過程——囊泡首先與突觸前膜形成納米級融合孔，也就是“親吻”﹔隨后迅速收縮為表面積減半的小囊泡，叫作“收縮”﹔最終大部分囊泡以“逃逸”方式回收，少數(shù)發(fā)生“全融合”?！爸虚g收縮是一個關(guān)鍵，為神經(jīng)突觸實現(xiàn)高效、高保真信號傳遞提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)?！碑厙鴱娬f。

這一成果為深入理解神經(jīng)信息加工以及相關(guān)腦功能和疾病機理提供了全新視角。同時，時間分辨冷凍電鏡技術(shù)的研發(fā)為研究細(xì)胞內(nèi)其他快速生命過程，如病毒入侵、細(xì)胞分泌等提供了創(chuàng)新方法平臺。（記者丁一鳴、常河）

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