記者11月5日從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，中科大、中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院雙聘教授畢國(guó)強(qiáng)和劉北明團(tuán)隊(duì)，與美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校周正洪教授合作，通過(guò)冷凍電鏡技術(shù)解開(kāi)了抑制性神經(jīng)突觸中受體蛋白組織規(guī)則的秘密。成果日前發(fā)表在 《自然·神經(jīng)科學(xué)》上。

神經(jīng)突觸是大腦中眾多神經(jīng)元之間信息傳遞和存儲(chǔ)的最基本的結(jié)構(gòu)與功能單元。突觸的異常則可能是導(dǎo)致抑郁癥、阿爾茨海默病等精神與神經(jīng)疾病的起源。精確解析突觸的蛋白分子結(jié)構(gòu)、組織架構(gòu)及其在神經(jīng)活動(dòng)或異常過(guò)程中的變化，是解密大腦奧妙的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

畢國(guó)強(qiáng)教授自2007年回國(guó)后，核心工作之一即是與周正洪教授和匹茲堡大學(xué)章佩君教授合作，發(fā)展冷凍電鏡原位三維成像技術(shù)，在國(guó)際上開(kāi)創(chuàng)性地開(kāi)展了基于冷凍電鏡與關(guān)聯(lián)顯微成像技術(shù)的神經(jīng)突觸超微結(jié)構(gòu)與功能研究，首次利用冷凍電鏡解析了完整神經(jīng)突觸的三維結(jié)構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)中兩類最主要突觸——興奮性與抑制性突觸的精確區(qū)分以及結(jié)構(gòu)特征的定量化分析。

在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種基于過(guò)采樣與自動(dòng)分類的冷凍電鏡斷層三維成像亞區(qū)域圖像處理方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)細(xì)胞斷層三維重構(gòu)圖像中無(wú)標(biāo)記和無(wú)模板依賴的蛋白質(zhì)自動(dòng)識(shí)別和三維重構(gòu)分析。基于這一方法，研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)抑制性神經(jīng)突觸中受體的自動(dòng)化辨別并解析了其三維結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)受體在突觸中的空間分布進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)了這些受體在抑制性突觸中呈現(xiàn)層級(jí)狀的組織分布規(guī)則。這項(xiàng)研究成果是首次利用冷凍電鏡斷層成像技術(shù)對(duì)受體蛋白進(jìn)行定位研究分析，為受體分子等蛋白質(zhì)的原位高分辨解析以及相應(yīng)藥物作用機(jī)理和治療藥物開(kāi)發(fā)研究奠定了基礎(chǔ)。