本報(bào)合肥10月19日電 記者丁一鳴、常河從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校畢國(guó)強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)17日在《科學(xué)》雜志發(fā)表一項(xiàng)神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的突破性研究成果，揭示了大腦高效傳遞信息的“微觀密碼”，也為相關(guān)腦疾病的機(jī)理研究提供了新視角。

據(jù)了解，畢國(guó)強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)15年持續(xù)攻關(guān)，基于自主研發(fā)的毫秒級(jí)時(shí)間分辨冷凍電鏡技術(shù)，成功捕捉到突觸囊泡釋放與快速回收的完整動(dòng)態(tài)過程，并提出全新“親吻-收縮-逃逸/融合”模型，解決了神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域長(zhǎng)達(dá)半個(gè)世紀(jì)的關(guān)鍵爭(zhēng)議。

大腦功能的實(shí)現(xiàn)，依賴于數(shù)千億個(gè)神經(jīng)元之間高效、精準(zhǔn)的突觸傳遞，突觸囊泡作為神經(jīng)遞質(zhì)的載體，其釋放機(jī)制一直是神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的重要問題。自20世紀(jì)70年代以來(lái)，科學(xué)界圍繞囊泡釋放機(jī)制形成了“全融合”與“親吻-逃逸”兩種對(duì)立模型，但由于囊泡釋放過程發(fā)生在毫秒時(shí)間尺度、結(jié)構(gòu)變化處于納米空間尺度，傳統(tǒng)技術(shù)難以捕捉其瞬時(shí)動(dòng)態(tài)，使這一爭(zhēng)議困擾神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域長(zhǎng)達(dá)50年之久。

為攻克這一難題，畢國(guó)強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)內(nèi)外多個(gè)團(tuán)隊(duì)，開發(fā)具有毫秒時(shí)間分辨的原位冷凍電鏡技術(shù)，創(chuàng)新性地將光遺傳學(xué)刺激與投入式快速冷凍方法結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)神經(jīng)元突觸傳遞過程的毫秒級(jí)“動(dòng)態(tài)定格”。團(tuán)隊(duì)介紹，在具體實(shí)驗(yàn)中，他們?cè)谏窠?jīng)元中表達(dá)光敏蛋白，通過激光精準(zhǔn)激發(fā)動(dòng)作電位，觸發(fā)突觸囊泡釋放。隨后，載有樣品的電鏡載網(wǎng)在設(shè)定時(shí)間內(nèi)快速落入冷凍劑，將細(xì)胞瞬間固定。通過精確控制光照與冷凍的時(shí)間間隔，團(tuán)隊(duì)得以在囊泡釋放的不同階段（從4毫秒到300毫秒之間）捕獲其結(jié)構(gòu)快照。

團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步解釋，基于上千套高分辨率三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)分析，他們發(fā)現(xiàn)囊泡釋放與快速回收是一個(gè)可分為三階段的動(dòng)態(tài)過程——囊泡首先與突觸前膜形成納米級(jí)融合孔，也就是“親吻”；隨后迅速收縮為表面積減半的小囊泡，叫作“收縮”；最終大部分囊泡以“逃逸”方式回收，少數(shù)發(fā)生“全融合”。“中間收縮是一個(gè)關(guān)鍵，為神經(jīng)突觸實(shí)現(xiàn)高效、高保真信號(hào)傳遞提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)?！碑厙?guó)強(qiáng)說。

這一成果為深入理解神經(jīng)信息加工以及相關(guān)腦功能和疾病機(jī)理提供了全新視角。同時(shí)，時(shí)間分辨冷凍電鏡技術(shù)的研發(fā)為研究細(xì)胞內(nèi)其他快速生命過程，如病毒入侵、細(xì)胞分泌等提供了創(chuàng)新方法平臺(tái)。