來自哈佛大學,，霍德華休斯醫(yī)學院的研究人員以肌動蛋白,，血影收縮蛋白(spectrin) 等相關蛋白為基石,，搭建起了一個周期性的細胞骨架結構,，這對于深入了解細胞“動態(tài)”,，以及重要的離子通道,，具有積極的意義,。相關成果公布在Science雜志上。
領導這一研究的是著名的華裔女科學家,，哈佛大學莊小威（Xiaowei Zhuang）教授,，莊教授早年畢業(yè)于中國科技大學少年班，34歲的時候就成為了哈佛大學正教授,，并入選了去年公布的84位新晉美國科學院院士名單,，她的當選刷新了最年輕美國科學院華人院士的紀錄,，可謂是傳奇式人物。
肌動蛋白在塑造和維持細胞形態(tài)方面扮演著重要的角色,，同時也擔負著支撐細胞各項功能的作用,，比如細胞移動，細胞分裂,，細胞內運輸等,。對于神經細胞來說，肌動蛋白更是神經元極性,，作用因子運輸,，神經突起生長，以及突觸結構穩(wěn)定必不可少的元件,。
然而盡管這一結構具有如此重要的作用,，但我們對于神經細胞中肌動蛋白結構還不是十分了解，在這篇文章中,，莊小威等人充分利用其隨機光學重建顯微鏡（stochastic optical reconstruction microscopy, STORM）技術方面的優(yōu)勢,，分析了神經細胞中肌動蛋白，血影收縮蛋白(spectrin) 等相關蛋白的組織結構,，提出了新假說,。
STORM技術是莊小威等人于2005年研發(fā)出的一種能夠幾百次地反復在各種顏色的光照下使用的，驅動為熒光態(tài)和暗態(tài)的發(fā)光分子團,，從而得到了比傳統(tǒng)光學顯微鏡高10倍以上分辨率的顯微技術,。
研究人員可以先把熒光團連接到一個可以設計成依次連接許多種生物分子的抗體上，然后把連接了熒光團的生物樣本曝露在變波長的連續(xù)閃光下,，分別激發(fā)不同子集的熒光團,。得到許多不同子集的熒光團發(fā)光的圖像后，再把這些圖像合成一張能夠清晰分辨熒光團的圖,。
利用這種技術,，研究人員發(fā)現肌動蛋白形成了環(huán)狀結構，纏繞在神經軸突的外周,，沿著軸突中心均勻的分布,，纏繞間隔為~180-190nm。而且這種有規(guī)律的結構并不會出現在樹突上,，沿著樹突出現的是長肌動蛋白絲,。
此外研究人員還在這種肌動蛋白環(huán)狀結構旁發(fā)現了一種稱為Adducin的肌動蛋白帽蛋白，這是一種新近發(fā)現的細胞膜骨架蛋白,，含有多個功能位點,，參與細胞膜骨架網狀結構的構建、細胞信號轉導和細胞膜離子轉運等,。
同時,，血影收縮蛋白也與這些Adducin和肌動蛋白交替構成了這種周期性結構,，并且相鄰肌動蛋白-adducin環(huán)結構之間的距離，正好是一個血影收縮蛋白四聚體的長度,。
更為重要的是，軸突中的鈉離子通道也呈現出一種與以肌動蛋白-血影收縮蛋白為基礎的細胞骨架協(xié)同的周期性模式,，這種軸突質膜也許不僅影響了單個動作電位的形成和傳遞,，也影響了軸突如何與其他細胞相互交流的方式。(生物谷Bioon.com)
DOI: 10.1126/science.1232251
PMC:
PMID:
Actin, Spectrin, and Associated Proteins Form a Periodic Cytoskeletal Structure in Axons
Ke Xu1,*, Guisheng Zhong1,*, Xiaowei Zhuang1,2,†
Actin and spectrin play important roles in neurons, but their organization in axons and dendrites remains unclear. We used stochastic optical reconstruction microscopy to study the organization of actin, spectrin, and associated proteins in neurons. Actin formed ring-like structures that wrapped around the circumference of axons and evenly spaced along axonal shafts with a periodicity of ~180 to 190 nm. This periodic structure was not observed in dendrites, which instead contained long actin filaments running along dendritic shafts. Adducin, an actin-capping protein, colocalized with the actin rings. Spectrin exhibited periodic structures alternating with those of actin and adducin, and the distance between adjacent actin-adducin rings was comparable to the length of a spectrin tetramer. Sodium channels in axons were distributed in a periodic pattern coordinated with the underlying actin-spectrin–based cytoskeleton.
