2022年10月19日

新的蛋白质组学技术揭示了树突发育的秘密

神经组学技术使研究人员能够在完整的活体组织开放中标记和捕获细胞表面蛋白质，从而了解复杂的细胞相互作用和未来的药物靶点。

浦肯野细胞是形成于小脑的大型神经元，小脑是大脑后面的小的紧凑部分。错综复杂的树突状树从每个细胞中延伸出来，形成了一个类似海扇的弯曲分支图案。浦肯野细胞功能障碍与神经系统症状有关，如震颤、不规则肌肉运动和高反应性。

浦肯野细胞精致的树突在神经元交流中起着不可或缺的作用，通过接收和整合突触脉冲，这些脉冲由分散在细胞表面的蛋白质协调。尽管在神经计算中起着不可或缺的作用，但对这些复杂树突的发展仍难以理解。一项研究发表在10月的神经元应用一项新技术来分析浦肯野细胞表面的蛋白质，以更好地了解它们在树突发育和神经元交流中的作用。

细胞表面的蛋白质伸出细胞膜就像建筑物上的天线。通过突出到周围环境中，这些蛋白质在细胞间通信中发挥着关键作用，就像哺乳动物神经系统中不同类型细胞之间高度协调的相互作用一样。大多数研究这些蛋白质的技术都无法量化和描绘哺乳动物大脑中不同细胞类型镶嵌中的蛋白质。

“细胞表面蛋白质就像细胞外表面的小机器，调节不同类型细胞之间的交流，”该研究的第一作者、哈佛大学博士后、前Luo实验室成员Andrew Shuster说。“我们感兴趣的是开发一种方法来分析整个皮毛细胞表面蛋白用其他方法无法接近的健康组织。”

这项新技术被称为细胞外标记的原位细胞表面蛋白提取(iPEEL)，能够精确标记从细胞表面延伸的表面蛋白。iPEEL是吴仔神经科学研究所神经组学计划的产物，该计划旨在开发工具来绘制神经系统中的基因和蛋白质表达以及神经元连接模式。

“我们和斯坦福大学的几个实验室一起开始了这项努力，借鉴和扩展了为细胞培养斯坦福大学安和比尔斯温德尔斯教授、霍华德休斯医学研究所研究员、该研究的资深作者罗立群说。“这种方法是从我们的合作者Alice Ting在培养细胞方面的工作中扩展而来的，将对大量的器官系统以及研究细胞发育和疾病的许多不同应用非常有用。”

迄今为止，还没有在健康哺乳动物组织的任何细胞类型中描述完整的细胞表面蛋白质。罗和他的团队将该技术应用于从转基因小鼠组织中获得的浦肯野细胞。利用iPEEL技术，他们对发育(15天龄)和成熟(35天龄)浦肯野细胞表面的蛋白质进行了标记和分析。目的是确定表面蛋白质的组成如何随着年龄的变化而变化，并探索它们的功能。

他们在年轻的浦肯野细胞中发现了一组蛋白质，这些蛋白质可能与树突生长和分支有关。进一步的研究评估了这些蛋白质的功能，将他们带到了类似犰狳的螺旋结构域蛋白质4 (Armh4)，一种在神经系统中没有已知功能的蛋白质。

他们发现Armh4实际上在发育中的神经元产生精致树突的过程中起着关键作用。通过破坏Armh4蛋白的功能或过度表达，研究人员能够破坏树突分支的形状和发展。他们的一些发现还表明Armh4影响突触的形成，可能是突触发生和树突形态之间的联系。

Shuster说:“细胞表面蛋白质对许多生物学家感到兴奋的细胞类型具有重要功能。”Armh4在神经系统的多种细胞中表达。研究这个蛋白质将阐明它在监管功能中的作用，并提供一个机会来理解它的监管途径。”