神经通路规则:在你的突触中控制交通

虽然人们已经对两个神经元之间的接触点(著名的突触)上的信息传递机制进行了深入研究，但在神经元的末端(即突触前末端)内，这些信息的传递仍然是一个相对未知的领域。在突触前终端，神经递质——传递信息的分子——被收集并携带在细胞泡状的“载体”中。这些被称为突触囊泡的细胞载体将神经递质传递到目的地，与公共交通网络没有太大的区别。在那里，囊泡融合到突触前末端的表面，并将它们的乘客——神经递质——释放到神经元之间的突触空间。然而，突触前终端内这些细胞公共总线的实际运动和供应仍然鲜为人知。

OIST的科学家们着手调查这些细菌的路径囊泡他怀疑这些细胞载体失灵或不能携带分子乘客，可能在神经疾病中发挥潜在作用。他们的研究发表在eLife的研究表明，突触前末端的这些囊泡的流动性和动态特性主要依赖于两个因素:突触的类型和大小，以及囊泡本身的组成。

“这些囊泡如何移动，囊泡交通在突触中看起来像什么样的因素可以调节它们的运动，并解释在突触之间观察到的广泛囊泡移动性？”想知道Laurent Guillaud博士，OIST研究人员和该研究的作者。

科学共识表明，基于简单的扩散，突触囊泡的运动主要是随机的，这是在突触中全部的无组织和被动分散。但新的研究是由Tomoyuki Takahashi教授领导的蜂窝和分子突触函数单位的Guillaud博士领导，揭示了这种现象更复杂。为了准确地观察突触终端内的流量，研究人员采用了在去年报告的实验室文化中实现的异常大的突触神经科学杂志》上。

“常规突触是那些微小的按钮，下降到一个或两个微米[百万分之一米]，它使得吉列斯博士评论说评论了囊泡在这种小空间中真正难以观察囊泡的运动。“相反，我们使用了”巨大的突触“，最初在中央听觉系统中发现，这增加了20倍，我们在培养皿中成功地增长了我们的实时成像实验。”

巨型突触内的囊泡本身并不大，但在巨大的突触中遵守他们的个人路径更容易。真正的挑战是建立一种有效标记和跟踪这些囊泡的方法。OIST研究人员使用特异性抗体，该抗体将与囊泡的组分相结合。该抗体也与荧光标签相连，例如量子点 - 一种特异性种类的纳米颗粒或pH敏感染料 - 将在特定条件下发光。当囊泡融合神经元的膜来将神经递质释放到突触中时，一些这些抗体进入排空囊泡并自己钩住。然后当囊泡分开时，这些荧光标记的抗体被送入预突触前末端。然后可以使用共聚焦显微镜监测荧光，其实时在突触前终端内的囊泡的路径之后。

利用算法同时跟踪大量囊泡，研究人员发现囊泡的运动不是完全随机的。突触内发生着各种各样的运动，它们以不同的速度、距离和方向进行，其中很大一部分是由这些细胞“公共汽车”主动运送到特定的目的地。

一旦这项技术在巨型突触中得到验证，OIST的科学家们将研究范围扩大到比较这些囊泡在较小突触中的运动。他们发现，突触的大小也直接影响着囊泡的方向和速度。Guillaud博士补充说:“最近，水动力相互作用、拥挤和碰撞等物理因素已被报道影响囊泡的流动性，但关于决定囊泡动力学的生物学因素的数据非常少。我们在这里展示的是，突触的类型、结构组织和形态是影响囊泡运动的关键因素。”此外，意想不到的结果是囊泡的组成也直接影响了它的运动。“根据形成囊泡的蛋白质，它会影响囊泡的运动，”Guillaud博士说。“从功能的角度来看，突触活动似乎并不影响这些巨大突触的囊泡流量。”

如果车辆抛锚或陷入交通堵塞，公共交通系统就会失去效率。同样，在突触前末端，囊泡不能携带神经递质可能是神经元疾病的原因。因此，追踪这些囊泡的能力可能会揭示重要的线索。

“在神经退行性疾病中，通常存在通过突触的信息传递受损的问题。这可能是由于释放神经递质的问题，但也可能是因为突触前神经元内的小泡运动以某种方式受损，”Guillaud博士总结道。“在神经病理疾病中，检查突触内的囊泡是否正常移动将是特别有趣的。如果没有，我们如何解决交通问题!但首先，我们需要识别并理解突触的形态特征和囊泡的分子特征与其动态特性和运动相关的机制。”

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