來自哈佛大學(xué)，霍德華休斯醫(yī)學(xué)院的研究人員以肌動(dòng)蛋白,，血影收縮蛋白(spectrin) 等相關(guān)蛋白為基石，搭建起了一個(gè)周期性的細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu),，這對(duì)于深入了解細(xì)胞“動(dòng)態(tài)”,，以及重要的離子通道，具有積極的意義,。相關(guān)成果公布在Science雜志上,。
領(lǐng)導(dǎo)這一研究的是著名的華裔女科學(xué)家，哈佛大學(xué)莊小威（Xiaowei Zhuang）教授,，莊教授早年畢業(yè)于中國(guó)科技大學(xué)少年班,，34歲的時(shí)候就成為了哈佛大學(xué)正教授，并入選了去年公布的84位新晉美國(guó)科學(xué)院院士名單,，她的當(dāng)選刷新了最年輕美國(guó)科學(xué)院華人院士的紀(jì)錄，可謂是傳奇式人物,。
肌動(dòng)蛋白在塑造和維持細(xì)胞形態(tài)方面扮演著重要的角色,，同時(shí)也擔(dān)負(fù)著支撐細(xì)胞各項(xiàng)功能的作用，比如細(xì)胞移動(dòng),，細(xì)胞分裂,，細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸?shù)取?duì)于神經(jīng)細(xì)胞來說,，肌動(dòng)蛋白更是神經(jīng)元極性,，作用因子運(yùn)輸，神經(jīng)突起生長(zhǎng),，以及突觸結(jié)構(gòu)穩(wěn)定必不可少的元件,。
然而盡管這一結(jié)構(gòu)具有如此重要的作用，但我們對(duì)于神經(jīng)細(xì)胞中肌動(dòng)蛋白結(jié)構(gòu)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(jī)光學(xué)重建顯微鏡（stochastic optical reconstruction microscopy, STORM）技術(shù)方面的優(yōu)勢(shì)，分析了神經(jīng)細(xì)胞中肌動(dòng)蛋白,，血影收縮蛋白(spectrin) 等相關(guān)蛋白的組織結(jié)構(gòu),，提出了新假說,。
STORM技術(shù)是莊小威等人于2005年研發(fā)出的一種能夠幾百次地反復(fù)在各種顏色的光照下使用的，驅(qū)動(dòng)為熒光態(tài)和暗態(tài)的發(fā)光分子團(tuán),，從而得到了比傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡高10倍以上分辨率的顯微技術(shù),。
研究人員可以先把熒光團(tuán)連接到一個(gè)可以設(shè)計(jì)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(tuán)的生物樣本曝露在變波長(zhǎng)的連續(xù)閃光下,，分別激發(fā)不同子集的熒光團(tuán),。得到許多不同子集的熒光團(tuán)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(tuán)的圖,。
利用這種技術(shù),，研究人員發(fā)現(xiàn)肌動(dòng)蛋白形成了環(huán)狀結(jié)構(gòu)，纏繞在神經(jīng)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(jié)構(gòu)并不會(huì)出現(xiàn)在樹突上,，沿著樹突出現(xiàn)的是長(zhǎng)肌動(dòng)蛋白絲,。
此外研究人員還在這種肌動(dòng)蛋白環(huán)狀結(jié)構(gòu)旁發(fā)現(xiàn)了一種稱為Adducin的肌動(dòng)蛋白帽蛋白，這是一種新近發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞膜骨架蛋白,，含有多個(gè)功能位點(diǎn),，參與細(xì)胞膜骨架網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的構(gòu)建、細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和細(xì)胞膜離子轉(zhuǎn)運(yùn)等,。
同時(shí),，血影收縮蛋白也與這些Adducin和肌動(dòng)蛋白交替構(gòu)成了這種周期性結(jié)構(gòu)，并且相鄰肌動(dòng)蛋白-adducin環(huán)結(jié)構(gòu)之間的距離,，正好是一個(gè)血影收縮蛋白四聚體的長(zhǎng)度,。
更為重要的是，軸突中的鈉離子通道也呈現(xiàn)出一種與以肌動(dòng)蛋白-血影收縮蛋白為基礎(chǔ)的細(xì)胞骨架協(xié)同的周期性模式,，這種軸突質(zhì)膜也許不僅影響了單個(gè)動(dòng)作電位的形成和傳遞,，也影響了軸突如何與其他細(xì)胞相互交流的方式。(生物谷Bioon.com)
DOI: 10.1126/science.1232251
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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.
