科罗拉多州立大学新发表的研究解答了有关大脑细胞连接的基本问题，这可能有助于开发治疗自闭症、癫痫或精神分裂症等神经系统疾病的药物。
这项研究被刊登在《美国国家科学院院刊》上，重点研究了大脑中的神经元如何通过高度专业化的亚细胞结构突触相互传递信息。这些精细的结构是通过电化学信号控制神经系统许多过程的关键，而基因中的致病突变会损害突触的发育，从而导致严重的精神障碍。助理教授 Soham Chanda表示，尽管突触在连接不同大脑区域的神经元方面发挥着重要作用，但人们对突触的形成和功能仍不太了解。
为了回答这个基本问题，Chanda 和他在生物化学和分子生物学系的团队专注于一种特殊而重要的突触类型，称为 GABAergic。他说，神经科学研究人员长期以来一直假设这些突触可能是由于 GABA 的释放和两个相邻神经元之间相应的传感活动而形成的。然而，论文中的研究表明，这些突触可以开始自主发育，并且与神经元通讯无关，这主要是由于一种名为 Gephyrin 的蛋白质的支架作用。这些发现阐明了突触形成的关键机制，这可能使研究人员能够进一步关注突触功能障碍和健康治疗方案。
Chanda 的团队利用源自干细胞的人类神经元开发出一种大脑模型，可以严格测试这些关系。利用一种名为 CRISPR-Cas9 的基因编辑工具，他们能够对该系统进行基因操控，并确认 Gephyrin 在突触形成过程中的作用。
“我们的研究表明，即使突触前神经元不释放 GABA，突触后神经元仍然可以组装感知 GABA 所需的分子机制，”Chanda 说道。“我们使用基因编辑工具从神经元中去除 Gephyrin 蛋白，这大大减少了突触的自主组装 - 证实了其与神经元通讯无关的重要作用。”
利用干细胞促进对神经元和突触形成的理解
神经科学家传统上用啮齿动物系统来研究大脑中的这些突触连接。虽然这提供了一个合适的模型，但 Chanda 和他的团队对在人类细胞环境中测试突触特性感兴趣，最终可以更容易地转化为治疗方法。
为了实现这一目标，他的团队培育了人类干细胞，使其形成能够模仿人类神经元和突触特性的脑细胞。然后，他们对这些神经元进行了广泛的高分辨率成像，并追踪了它们的电活动，以了解突触机制。
Chanda 表示，Gephyrin 蛋白的几种突变与癫痫等神经系统疾病有关，癫痫会改变人类大脑的神经元兴奋性。因此，了解其基本细胞功能是治疗和预防的重要第一步。
“现在我们更好地了解了这些突触结构如何相互作用和组织，下一个问题将是阐明它们之间的关系缺陷如何导致疾病，并找出预测或干预该过程的方法，”他说。
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