清華新聞網(wǎng)7月7日電 神經(jīng)遞質(zhì)的釋放是中樞神經(jīng)系統(tǒng)信號(hào)傳導(dǎo)的基礎(chǔ)，已被發(fā)現(xiàn)在神經(jīng)發(fā)育、大腦功能穩(wěn)態(tài)和神經(jīng)疾病中廣泛發(fā)揮作用。遞質(zhì)釋放大致分為動(dòng)作電位驅(qū)動(dòng)釋放和自發(fā)釋放兩種類(lèi)型，后者雖然不依賴(lài)于動(dòng)作電位，但絕大多數(shù)自發(fā)釋放事件仍然由鈣離子激發(fā)。過(guò)去20多年中，研究者共發(fā)現(xiàn)兩種在自發(fā)釋放中起作用的候選鈣感受器蛋白，但領(lǐng)域內(nèi)對(duì)此兩種蛋白的作用存在較大爭(zhēng)議。因而，自發(fā)釋放的機(jī)制仍然不清楚。清華大學(xué)生命學(xué)院姚駿課題組的最新研究發(fā)現(xiàn)，突觸連接素-7(Synaptotagmin-7, Syt7)可誘發(fā)谷氨酸遞質(zhì)的自發(fā)釋放，并通過(guò)這一途徑參與雙相情感障礙（bipolar disorder, BD）的發(fā)病過(guò)程。
姚駿課題組在前期研究中，發(fā)現(xiàn)Syt7可能是導(dǎo)致雙相情感障礙(BD)發(fā)生的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其重要機(jī)制之一是通過(guò)激活含有GluN2B亞基的NMDARs來(lái)調(diào)節(jié)情緒。此前，Syt7曾被發(fā)現(xiàn)在動(dòng)作電位誘發(fā)的遞質(zhì)釋放中扮演鈣感受器的角色。在本研究中，作者利用CRISPR interference多重基因敲低技術(shù)在海馬神經(jīng)元中敲降自發(fā)釋放的兩種候選鈣感受蛋白后，發(fā)現(xiàn)自發(fā)釋放仍然大量存在。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步敲降Syt7，則可使自發(fā)釋放頻率大幅下降，說(shuō)明Syt7可能在自發(fā)釋放中起作用。隨后，作者針對(duì)Syt7可與Sr2+起反應(yīng)觸發(fā)囊泡融合的獨(dú)特性質(zhì)，在海馬腦片中進(jìn)行Ca2+/Sr2+的快速切換，并觀(guān)察同一神經(jīng)元對(duì)Ca2+/Sr2+轉(zhuǎn)換的反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)Sr2+可以使野生型(WT)神經(jīng)元的自發(fā)釋放頻率大幅上升，但卻使Syt7基因敲除(KO)神經(jīng)元的釋放頻率下降。隨后的鈣結(jié)合位點(diǎn)突變和鈣濃度梯度測(cè)試等一系列實(shí)驗(yàn)，均證實(shí)了Syt7在海馬神經(jīng)元的谷氨酸興奮性神經(jīng)遞質(zhì)的自發(fā)釋放中發(fā)揮重要作用。
隨后，作者探究了Syt7的這一功能的生理意義。在作者的前期研究中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)Syt7處于突觸前活性帶的邊緣區(qū)域，其介導(dǎo)的谷氨酸釋放通過(guò)專(zhuān)一性激活突觸后同樣處于邊緣區(qū)域的GluN2B-NMDAR，是BD發(fā)生的一個(gè)重要原因。因此，作者進(jìn)一步檢測(cè)了Syt7介導(dǎo)的自發(fā)釋放，發(fā)現(xiàn)和其它兩類(lèi)鈣感受蛋白激發(fā)的自發(fā)釋放相比，Syt7誘發(fā)的釋放可以特異性激活GluN2B-NMDAR，從而可能參與精神疾病的發(fā)生。
在此后一系列實(shí)驗(yàn)中，作者以BD病人iPSC分化的海馬神經(jīng)元為模型，檢測(cè)了病人神經(jīng)元中的自發(fā)釋放的性質(zhì)，并采用基因嵌合突變技術(shù)改變了Syt7在小鼠突觸前膜上的定位，一系列實(shí)驗(yàn)結(jié)果均證實(shí)了Syt7在BD病人神經(jīng)元和小鼠神經(jīng)元中能夠通過(guò)誘發(fā)谷氨酸自發(fā)發(fā)釋放激活GluN2B-NMDAR (圖一)。
圖一. Syt7介導(dǎo)的谷氨酸自發(fā)釋放特異性激活GluN2B-NMDARs
綜上，本研究闡明了Syt7可能通過(guò)誘發(fā)谷氨酸的自發(fā)釋放參與雙相情感障礙發(fā)病的分子機(jī)理。本論文于2021年7月6日在《科學(xué)公共圖書(shū)館—生物學(xué)》(PLOS Biology)期刊以“雙相情感障礙的易感突變干擾突觸連接素-7介導(dǎo)的NMDA受體的自發(fā)激活”(Synaptotagmin-7-mediated activation of spontaneous NMDAR currents is disrupted in bipolar disorder susceptibility variants)為題在線(xiàn)發(fā)表。清華大學(xué)生命學(xué)院博士后王秋文是本文第一作者，姚駿研究員是本文通訊作者。清華大學(xué)生命學(xué)院博士生王穎菡、汪兵、盧思瑤和生命中心博士生陳運(yùn)為本項(xiàng)研究工作作出了重要貢獻(xiàn)。
論文鏈接:
https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3001323
供稿：生命學(xué)院
編輯：李華山
審核：李晨暉
