神經(jīng)生物學家通過極小的黃金粒子去追蹤神經(jīng)元細胞膜上分子入口處起作用的主要分子,，從而為研究這個到目前為止很大程度依然未知的部分提供線索,。
來自杜克大學醫(yī)學中心和北卡羅萊娜大學的研究人員,，通過電子顯微鏡去觀察被金標抗體標記的分子——用黃金微粒標記的抗體與對應(yīng)的抗原結(jié)合可以在電鏡下顯示這些抗原分子的準確的位置,。
在杜克大學的Michael Ehlers博士和北卡羅萊娜大學的Richard Weinberg博士帶領(lǐng)下的研究人員,，在2004年8月22日的Nature Neuroscience雜志上面發(fā)表了他們的研究成果,。其它的聯(lián)合作者是Bence Rácz 和Thomas Blanpied,。這個研究項目是由美國國立衛(wèi)生研究院,，精神分裂和抑郁的國際聯(lián)合研究組織,，癱瘓患者基金會和布洛德基金會資助。
研究的目的是弄清楚神經(jīng)細胞的細胞膜上的受體是如何進行反復(fù)的內(nèi)吞作用的——在這個過程中,，細胞膜上的受體反復(fù)被吞進神經(jīng)細胞內(nèi)部以重復(fù)利用,。
這些受體蛋白被其它神經(jīng)元釋放出來的神經(jīng)遞質(zhì)激活。這樣的激活過程引起了接收神經(jīng)元的一次神經(jīng)沖動,。神經(jīng)元對這種化學信號反應(yīng)的強度決定于神經(jīng)元細胞膜表面的受體數(shù)量,。這些連接的強度對于建立大腦中的神經(jīng)通路——構(gòu)成認知的基礎(chǔ)——來說非常關(guān)鍵。
在神經(jīng)元表面的神經(jīng)遞質(zhì)“接收站”都是蘑菇形的樹突棘（dendritic spines）,。神經(jīng)元之間傳遞信號的區(qū)域被稱為突觸,，樹突棘接收信號的部分被稱為突觸后膜。
神經(jīng)突觸表面的受體再生是在哪里發(fā)生,，一直是個謎,。Ehlers認為。“已知神經(jīng)突觸之間的信號接收只發(fā)生在神經(jīng)突觸膜上很少的一塊地方,，我們稱為“突觸后致密物(postsynaptic density,PSD)”,，”他說。“突觸后致密物(postsynaptic density,PSD)只占整個整個神經(jīng)突觸細胞膜的15%,，剩下的85%神經(jīng)突觸細胞膜起到什么樣的作用,，我們至今還不清楚”,。
“減弱我們大腦里面神經(jīng)之間聯(lián)系的一個方法就是去除突觸上面的受體數(shù)量，但是這種去除過程在哪里發(fā)生,，我們?nèi)圆磺宄?。定義顯微解剖學上的樹突棘，對于了解在我們大腦發(fā)育,、改變和老化的過程中,，神經(jīng)通訊是如何形成和重建具有根本意義。”
Ehlers認為,，突觸后膜上的需要再生的受體需要從PSD上“解離”,，穿過脂膜去到"內(nèi)吞區(qū)（endocytic zone）"。在這個未經(jīng)確定的區(qū)域,，細胞器附著在受體上,，引導(dǎo)其進入吞噬小泡，然后把它傳遞到相應(yīng)的部位進行再生或者降解,。
為了詳細了解這個區(qū)域,，研究人員決定跟蹤在內(nèi)吞作用中起重要作用的三個分子的準確定位。Clathrin——在膜上幫助形成吞噬小泡的蛋白質(zhì),；AP-2——與受體結(jié)合并引導(dǎo)受體與Clathrin結(jié)合的的分子,；dynamin——幫助吞噬小泡脫離細胞膜自由移動的蛋白質(zhì)。
研究人員使用用極小的黃金分子分別標記這三種蛋白質(zhì)對應(yīng)的抗體,，用電子顯微鏡在大鼠腦組織中尋找這些蛋白質(zhì)的具體定位,。他們的追蹤結(jié)果顯示，所有分子都集中在樹突棘的橫向區(qū)域,。
“假設(shè)樹突棘是一個大致的球形結(jié)構(gòu),，在12點的位置有一個突觸的結(jié)構(gòu)，我們發(fā)現(xiàn)這么內(nèi)吞作用的分子集中在3點和6點的位置,，”Ehlers說,。他說這些集中的位點標志著這些地方的細胞膜上發(fā)生內(nèi)吞作用。無論這個樹突棘是大是小,，距離放大或者縮小,，這些物質(zhì)集中的位點都相對保持一致。
“盡管我們始終不是完全清楚這些區(qū)域是如何建立的,，這些分子是如何通過這個區(qū)域進入細胞內(nèi)部的,，通過這些發(fā)現(xiàn)，我們可以開始進一步了解一個我們以前所不知道的結(jié)構(gòu),，”Ehlers說,。“樹突棘隱藏的結(jié)構(gòu)仍然有待研究，這個內(nèi)吞區(qū)僅僅是樹突棘上發(fā)現(xiàn)的第二個已知功能區(qū)域,。”
突觸后膜上面存在的這個區(qū)域和突觸前膜上面負責釋放神經(jīng)傳遞素的區(qū)域性質(zhì)比較相似,。
Ehlers認為,，樹突棘的結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)在了解神經(jīng)細胞之間信號傳遞上有廣泛的應(yīng)用。“已知很多種類的受體——不僅僅是神經(jīng)信號傳遞受體——受到內(nèi)吞作用（endocytosis）的下調(diào)作用（ downregulation ）”Ehlers說,。“這些受體包括學習和記憶的受體,，耐受藥物治療或者對藥物濫用的反應(yīng)，所以,，我認為,，我們關(guān)于內(nèi)吞作用位置結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)將對這些過程有更加深入的了解。
