预印本(未通过同行评审认证)是作者/资助者。保留所有权利。未经许可就不允许重复使用。该版本的版权持有人于2025年1月17日发布。 https://doi.org/10.1101/2025.01.16.633314 doi:biorxiv Preprint
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细胞外脑空间含有水、溶解离子和多种其他信号分子。神经细胞外基质 (ECM) 也是细胞外空间的重要组成部分。ECM 由神经元、星形胶质细胞和其他类型的细胞合成。透明质酸是一种透明质酸聚合物,是 ECM 的关键成分。透明质酸的功能包括屏障功能和信号传导。在本文中,我们研究了酶促 ECM 去除急性期的生理过程。我们发现 ECM 去除剂透明质酸酶会同时触发膜去极化和钙离子急剧流入神经元。在中间神经元中,但在锥体神经元中,ECM 破坏后,自发动作电位激发频率迅速增加。N-甲基-D-天冬氨酸 (NMDA) 受体的选择性拮抗剂可以阻断透明质酸酶依赖性钙离子进入,表明这些受体是观察到的现象的主要参与者。此外,我们还证实,在 ECM 去除的急性期,CA3 至 CA1 突触的 NMDA 依赖性长期增强作用增强。这些发现表明透明质酸是一种重要的突触参与者。
小鼠和人类皮质突触的超微结构膜动力学 Chelsy R. Eddings 1、Minghua Fan 2、Yuuta Imoto 1#、Kie Itoh 1#、Xiomara McDonald 1、Jens Eilers 3、William S. Anderson 4、Paul F. Worley 2,5、Kristina Lippmann 3*、David W. Nauen 5,6**、Shigeki Watanabe 1,2,7*** 1 约翰霍普金斯大学细胞生物学系,美国马里兰州巴尔的摩 21205。 2 Solomon H. Snyder 约翰霍普金斯大学神经科学系,美国马里兰州巴尔的摩 21205。 3 莱比锡大学医学院 Carl-Ludwig-生理学研究所,德国莱比锡 04103。 4 美国马里兰州巴尔的摩市约翰霍普金斯医院神经外科部,邮编 21205。5 美国马里兰州巴尔的摩市约翰霍普金斯医院神经内科部,邮编 21205。6 美国马里兰州巴尔的摩市约翰霍普金斯医院病理科,邮编 21205。7 美国马里兰州巴尔的摩市约翰霍普金斯大学细胞动力学中心,邮编 21205。# 目前就职于美国田纳西州孟菲斯市圣犹大儿童研究医院发育神经生物学部,邮编 38105。通讯员:Kristina.Lippmann@medizin.uni-leipzig.de、dwnauen@jhmi.edu、shigeki.watanabe@jhmi.edu 负责人:Shigeki Watanabe、shigeki.watanabe@jhmi.edu 摘要 活体人脑组织为了解突触传递的生理学和病理生理学提供了独特的机会。研究仅限于解剖学、电生理学和蛋白质定位——而诸如突触囊泡动力学等关键参数则无法可视化。在这里,我们利用瞬时冷冻时间分辨电子显微镜来克服这一障碍。首先,我们用急性小鼠脑切片验证该方法,以证明可以刺激与电场平行的轴突产生钙信号。接下来,我们表明超快内吞作用被诱导并且可以在小鼠和人类脑切片中被捕获。至关重要的是,在这两个物种中,一种对超快速内吞至关重要的蛋白质 Dynamin 1xA (Dyn1xA) 位于活性区外围区域,即假定的内吞区,这表明小鼠和人类之间可能存在一种机制保守性。这种方法有可能揭示有关完整人脑切片中突触膜运输的动态高分辨率信息。关键词突触传递、时间分辨电子显微镜、冷冻、皮质、高压冷冻、突触囊泡内吞、超快速内吞、人类新皮质、受激辐射损耗显微镜、Dynamin 1xA、小脑、双光子钙成像
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注意:对于SAA转换器,在转换时间点之前和之后提供了队列特征(即分别使用CSF 𝛼 -SYN SAA-的最后一个时间点,分别与CSF 𝛼 -SYN SAA +的第一个时间点)。n(%),用于连续变量的中位数(IQR)。在支持信息中,表S1提供了临床和生物标志物数据的数据计数和百分比。缩写:β,淀粉样蛋白β; ADAS-COG11,阿尔茨海默氏病评估量表认知子量表11-项目; Ancova,协方差分析;方差分析,方差分析; apoe,载脂蛋白E; CDR-SB,临床痴呆评级盒子的总和; CSF,脑脊液;铜,认知没有受损; MCI,轻度认知障碍; MMSE,小型国会考试; PACC,临床前阿尔茨海默氏症的认知复合材料; p-tau181,磷酸化的tau181; SAA,种子扩增测定法。皮尔森的卡方测试。b单向方差分析。c Fisher精确测试。d Ancova针对年龄,性别,教育,诊断和APOE进行了调整。e Ancova针对年龄,性别,教育,APOE,诊断和CSFAβ42状态进行了调整。f逻辑回归针对年龄,性别,教育,诊断和APOE进行了调整。g配对t检验:所有连续变量; McNemar测试:所有二进制变量;配对标志测试:诊断。
1 苏黎世大学 (UZH) 分子生命科学系,瑞士苏黎世 8057 5 2 苏黎世神经科学中心,瑞士苏黎世 8057 6 3 弗莱堡大学医学院生理学研究所,Hermann-Herder-Str. 7,79104 弗莱堡,德国 7 4 苏黎世大学脑研究所,8057 苏黎世,瑞士 8 5 斯坦福大学神经生物学系,斯坦福,CA 94305,美国 9 6 斯坦福大学生物工程系,斯坦福,CA 94305,美国 10 7 弗里德里希·米歇尔生物医学研究所,4058 巴塞尔,瑞士 11 8 巴塞尔大学自然科学学院,4003 巴塞尔,瑞士 12 9 苏黎世大学大学研究优先计划 (URPP),发展和学习中的自适应脑回路 (AdaBD),8057 13 苏黎世,瑞士 14 * 通信地址:igor.delvendahl@physiologie.uni-freiburg.de 15
在这项研究中,Kravčenko及其同事提高了我们对突触囊泡(SVS)(SVS)的理解,这对于神经递质的存储和释放至关重要。采用冷冻电子断层扫描,该研究表征了SV蛋白的多样性,其中包括SV表面上的小蛋白,内部的细长蛋白,以及随机分布在SVS表面的大V -ATP酶。v - ATPase结构显示出另一种跨膜相互作用伴侣突触素。这项研究在网格蛋白涂层的网状蛋白笼中发现了v- ATPases,并在囊泡上部分组装了网状蛋白涂层,并在神经元内和神经元内部,提供了对其结构对称性的见解。此外,该研究确定了细胞膜附近没有囊泡的网状蛋白篮。这些发现突出了SV的复杂分子结构,提供了广泛的透视图并补充了传统的蛋白质组学分析和荧光显微镜。
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人们普遍认为,神经回路中的信息存储涉及突触处的纳米级结构变化,从而导致突触印迹的形成。然而,这一假设缺乏直接证据。为了验证这一猜想,我们结合了化学增强、成对突触前后记录的功能分析以及电子显微镜 (EM) 和冷冻断裂复制标记 (FRL) 的结构分析,研究了啮齿动物海马苔藓纤维突触,这是海马三突触回路中的关键突触。突触传递的生物物理分析表明,福斯高林诱导的化学增强分别使易释放囊泡池大小和囊泡释放概率增加了 146% 和 49%。通过 EM 和 FRL 对苔藓纤维突触进行结构分析,发现靠近质膜的囊泡数量和启动蛋白 Munc13-1 簇的数量有所增加,这表明对接囊泡和启动囊泡的数量均有所增加。此外,FRL 分析显示 Munc13-1 和 Ca V 2.1 Ca 2+ 通道之间的距离显著缩短,表明通道-囊泡耦合纳米拓扑结构发生了重构。我们的结果表明,突触前可塑性与活性区的结构重组有关。我们提出,突触囊泡释放位点的潜在纳米组织变化可能与可塑性中枢突触的学习和记忆有关。