新发现！科学家们找到了能够调节神经环路连接的关键分子

17日，顶尖学术期刊《细胞》在线发表了一篇神经科学领域的重要研究。来自斯坦福大学的骆利群教授和Alice Ting教授联合团队开发了一种新颖的分析手段，可用于研究神经细胞表面的蛋白质组。利用这一技术，科学家们找到了20个能够调节神经环路连接的关键分子。

▲本研究的三位通讯作者：Jiefu Li，骆利群教授以及Alice Ting教授（图片来源：斯坦福大学官网/HHMI）

我们知道，从单细胞到多细胞，是生命演化史上的一大突破。不同的单细胞之间通过“沟通交流”，能形成高度结构化的组织，行使不同的生理功能。在这一过程中，细胞表面的分子扮演了极为重要的作用。以这两位科学家所关注的神经科学为例，在大脑里，神经细胞表面的接线分子（wiring molecules）决定了神经网络会以怎样的方式连接，而表面的神经递质受体和离子通道则决定了突触的活性。

先前，一些科学团队已经在培养的神经细胞内，分离出表面的蛋白质组，勾勒出了这些蛋白的初步面貌。然而体外培育的细胞毕竟与体内生长的细胞不同，无法真实反映实际的情况。而这，正是两支团队带来的突破所在。

▲本研究的图示（图片来源：参考资料[1]）

该技术的原型来自Alice Ting教授的团队，经过了骆利群教授团队的改良和优化。具体来看，科学家们能在特异的细胞上表达HRP-CD2融合蛋白。其中HRP是一种在临床检测中常用的酶，而CD2则可以协助这些HRP定位在细胞膜的外侧。随后，研究人员们添加了一种无法透过细胞膜的底物。在HRP的催化下，这种底物会发生变化，并“粘贴”到HRP周围的蛋白质上。这就好像是一个小标签，只要找到这些标签，就能找到分布在特定细胞表面的蛋白质。

利用这种技术，辅以蛋白质谱分析，科学家们在果蝇发育的不同阶段，对其嗅觉投射神经元进行了表面蛋白质组的分析。与成年果蝇相比，发育中的果蝇“展现出了非常惊人的区别”。

▲利用这项技术，科学家们在果蝇大脑（蓝色）找到了参与嗅觉神经环路（粉红色）组成的关键蛋白（图片来源：参考资料[2]；Credit：Liqun Luo）

从分析结果看，这支联合团队在发育的神经元上，找到了20种水平明显上升的蛋白质。通过RNA干扰的方法，他们挨个降低了这些蛋白质的表达，好观察哪些对大脑神经环路的连接起到关键作用，而分析的结果令人振奋——所有20个蛋白质，都参与了果蝇嗅觉神经环路的构成！要知道，这是我们首次知道一些蛋白质在神经发育里的作用。

正如科学家们在论文里所提到的那样，这项技术将大大提升研究细胞表面蛋白质的效率。在神经科学之外，我们期待它也能在其他领域发光发热，促进科研的进展。

参考资料：

[1] Jiefu Li et al., (2019), Cell-Surface Proteomic Profiling in the Fly Brain Uncovers Wiring Regulators, Cell, DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.12.029

[2] Surveying All the Proteins on a Neuron’s Surface, Retrieved January 16, 2020, from https://www.hhmi.org/news/surveying-all-the-proteins-on-a-neurons-surface