人脑包含大约860亿个神经元和600万亿个突触，它们在神经元之间交换信号，帮助我们控制大脑的各种功能，包括认知、情感和记忆。有趣的是，突触的数量随着年龄的增长或由于阿尔茨海默氏症等疾病而减少，因此对突触的研究引起了广泛的关注。然而，实时观察突触结构的动态存在局限性。
1 月 9 日，韩国科学技术院生物科学系 Won Do Heo 教授、约翰·霍普金斯大学医学院 Hyung-Bae Kwon 教授和基础科学研究所 (IBS) Sangkyu Lee 教授领导的联合研究小组透露，他们开发出了世界上第一个能够实时观察突触形成、消失和改变的技术。
Heo教授的团队将二聚化依赖性荧光蛋白(ddFP)与突触结合，以便实时观察突触在神经元之间建立连接的过程。该团队通过将“突触”和“快照”结合起来，将这项技术命名为SynapShot，并成功跟踪观察了突触的实时形成和消亡过程及其动态变化。
< 图 1。为了观察动态变化的突触，表达了二聚化依赖性荧光蛋白 (ddFP)，以观察突触形成时的荧光信号，因为 ddFP 通过与突触前和突触后末端的可逆结合实现荧光检测。>
通过一个联合研究项目，IBS Heo教授和Sangkyu Lee教授领导的团队共同设计了带有绿色和红色荧光的SynapShot，并且能够轻松地区分连接两个不同神经元的突触。此外，通过结合可以利用光控制分子功能的光遗传学技术，研究小组能够观察突触的变化，同时利用光诱导神经元的某些功能。
通过与约翰·霍普金斯大学医学院 Hyung-Bae Kwon 教授领导的团队进行更多联合研究，Heo 教授团队在活体小鼠身上诱导了多种情况，包括视觉辨别训练、运动和麻醉，并使用 SynapShot 观察每种情况下的实时突触。观察结果表明，每个突触都可以相当快速且动态地变化。这是首次在活体哺乳动物中观察到突触变化。
< 图2. 通过培养实验大鼠的神经元并表达SynapShot，通过突触传感器(SynapShot)的荧光变化观察到的显微照片。通过 SynapShot 的荧光来测量突触前和突触后末端接触时产生的突触变化以及在一段时间后消失的突触。>
许教授表示：“我们课题组与国内外研究团队合作开发了SynapShot，为直接实时观察突触的快速动态变化提供了可能，这在以前是很难做到的。我们期望这项技术能够彻底改变神经学领域的研究方法，并为照亮脑科学的未来发挥重要作用。”
这项研究由来自约翰·霍普金斯大学的共同第一作者 Seungkyu Son(博士生)、Jinsu Lee(博士生)和 Kanghoon Jung 博士进行，于 1 月 8 日发表在《自然方法》在线版上标题为“体内活细胞突触结构动力学的实时可视化”，并将在二月卷中印刷。
< 图 3. 同时使用绿色-SynapShot 和红色-SynapShot 来区分和观察具有一个后端子和不同前端子的突触。>
<图4.二聚体依赖性荧光蛋白(ddFP)以绿色荧光蛋白和红色荧光蛋白的形式存在，并且可以与蓝光激活光遗传学技术一起应用。使用光遗传学技术通过蓝光激活原肌球蛋白受体激酶 B (TrkB) 后，使用 red-SynapShot 观察到通过脑源性神经营养因子信号加强突触连接。>
<图5。显微照片显示了通过使用体内成像技术(例如双光子显微镜)以及细胞水平的视觉训练来训练的小鼠视觉皮层中突触的实时变化。>
这项研究得到了 KAIST 的中型研究基金和奇点项目以及 IBS 的支持。
免责声明：本文由用户上传，如有侵权请联系删除！
