Cell|不同脑区和细胞类型突触多样性的蛋白质组景观

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2023年11月1日,德国法兰克福马克斯普朗克大脑研究所的 Erin M. Schuman 团队在 Cell 上发表了新的文章 The proteomic landscape of synaptic diversity across brain regions and cell types

该研究主要通过使用荧光标记的突触前端蛋白和质谱分析等技术,系统地分析了不同细胞类型和脑区的突触多样性的蛋白质组,为突触功能、神经网络和疾病研究提供了重要洞见。

神经元在突触上使用不同的蛋白组合建立突触连接,这些组合定义了突触的特异性、功能和可塑性潜力。然而,突触蛋白质组的多样性仍然鲜为人知。

研究使用了Cre-inducible knockin小鼠模型,这些小鼠表达了荧光标记的突触前蛋白synaptophysin-tdTomato(SypTOM),用于标记使用不同神经递质的细胞类型形成的突触。

通过这种方法,研究人员成功地分离和分析了来自不同脑区的18种不同突触类型的蛋白质组,使用质谱技术定量分析了约1800种独特的突触类型富集蛋白,并将数千种蛋白质分配给不同类型的突触。

突触多样性、蛋白质组发现流程和原理验证

研究分析了包括不同细胞类型(兴奋性和抑制性神经元)、不同脑区域(大脑皮层、海马、纹状体等)以及使用不同神经递质(谷氨酸、GABA、多巴胺等)的15种突触类型。

研究人员鉴定了这15种不同的主要突触亚型的蛋白质组成,这些突触来自于不同的细胞类型和脑区。通过比较这些突触的蛋白质组成,他们发现突触的蛋白质组成受细胞类型的影响远远大于脑区的影响。

跨大脑区域和细胞类型的突触蛋白质组多样性

研究还发现,兴奋性和抑制性突触之间有一些蛋白质是特异性的,这些蛋白质在不同类型的突触中表达水平存在显著差异,这些特异性的蛋白质可能在调节突触特性和功能上发挥重要作用。

突触蛋白质组共性与差异

团队还构建了突触蛋白质-蛋白质相关网络,揭示了与兴奋性或抑制性神经递质相关的特定蛋白模块。最后,研究人员发现了与神经递质或不同突触类型相关的特定蛋白模块。

突触蛋白质-蛋白质相关网络揭示蛋白质群落

研究也存在一些局限性,例如:使用荧光标记的突触前端蛋白可能限制了可以研究的突触蛋白质组。此外,突触体的纯度可能受到技术方法的限制,可能存在一些偏差。

总的来说,这项研究的主要贡献在于使用高度精细的技术手段,系统地揭示了不同细胞类型和脑区突触的蛋白质组成,这些发现对于理解突触的功能、神经网络的形成和神经系统疾病的研究具有重要意义。

论文链接:
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(23)01082-6#%20

 

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