研究人员通过冷冻电子断层扫描发现了突触囊泡分子结构的新见解，突触囊泡对于脑内神经递质的运输至关重要。这项研究可能对精神疾病的治疗开发产生影响。
由乌尔贾娜·克拉夫琴科领导的研究团队，以及马克斯·德尔布吕克中心的米沙·库德里亚谢夫教授，揭示了突触囊泡分子结构的额外特征。使用冷冻电子断层扫描，研究人员成功地创建了突触囊泡（SVs）的三维可视化，并验证了一种潜在的重要蛋白质相互作用。这项研究增强了我们对突触囊泡功能及其回收过程的理解。研究结果发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS）。
库德里亚谢夫在论文中解释道：“突触囊泡对于大脑活动至关重要，经过多年的广泛研究。然而，早期研究主要集中在这些囊泡的平均成分上。我们的研究成功地在分子水平上成像了单个囊泡。”
突触囊泡是储存和释放多巴胺、血清素等神经递质的球形结构，位于神经元的突触前末端，在神经元之间传递信号中发挥着重要作用。它们表面上最大的蛋白质称为V-ATP酶，形状像花朵。旁边则是一个叫做突触球蛋白的小型蛋白质。尽管研究人员认为这两种蛋白质之间存在相互作用，然而直到现在都没有直接的图像来证实这一点，克拉夫琴科表示。
“这项研究是首次直接可视化这两种蛋白质在突触囊泡膜上位置的研究之一，”她指出。今年早些时候，另外两项相关研究在《自然》（Nature）和《科学》（Science）上发表。
研究团队还识别出了部分形成和空的包裹蛋白笼的位置——这种结构是神经元内突触囊泡回收所必需的框架。他们观察到这些笼子比之前文献记录得更接近细胞膜，根据克拉夫琴科的说法，这可能表明突触囊泡的一种能效回收机制。“然而，还需要进一步实验来确认这一点。”
她提到，关于空包裹蛋白笼的记录图像非常少。“我们是第一个显示空笼更靠近细胞膜的位置，从而暗示这些空笼在神经元中具有功能角色的研究。”
冷冻电子断层扫描的应用
冷冻电子断层扫描是一种影像技术，通过从不同倾斜角度捕捉冷冻样本的二维图像以重构生物材料的三维视图。该技术主要用于探索大分子、细胞器或细胞的空间结构组织，以亚纳米分辨率提供结构和上下文信息。
与质谱或冷冻电子显微镜等蛋白质结构分析的其他技术相比，冷冻电子断层扫描使科学家能够在其自然环境中研究蛋白质。涉及多个处理步骤的方法往往忽略重要的结构细节。
克拉夫琴科说：“我们的方法保持囊泡的原始状态，使我们能够可视化其表面上的多种蛋白质。”冷冻电子断层扫描帮助研究人员展示了蛋白质的空间排列，并揭示了V-ATP酶与突触球蛋白之间的持续关联，这暗示这一相互作用具有重要作用。
对神经科学研究的意义
V-ATP酶和突触球蛋白之间的相互作用为可能导致某些神经病理状态的分子过程提供了宝贵的见解，尤其是与突触囊泡回收和神经递质传递相关的问题，克拉夫琴科解释道。
“在确定这两种蛋白质之间的相互作用后，这一信息可以用于诊断或开发与异常神经发育相关的疾病的治疗。”
