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我国发现引导神经生长方向的细胞膜离子通道机制

时间:2005-03-11 10:19来源:生物导航网 作者:admin 阅读:


中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所袁小兵和王以政研究员领衔的研究组发现引导神经生长方向新机制,一类称为TRPC的细胞膜阳离子通道起着传递“方向指令”的关键作用。有关研究结果发表在3月10日的《自然》杂志上。该研究对认识神经网络形成具有重要意义,并为临床上中枢神经损伤后修复奠定了理论基础。


        3月10日,国际权威期刊《自然》(《Nature》)刊登了我国科学家关于发现引导神经生长方向新机制的研究成果。中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所袁小兵和王以政研究员领衔的研究组合作,在国际上首次发现:神经纤维最前端生长锥的细胞膜上有一类称为“瞬间受体电位通道”(TRPC)的阳离子通道起着传递神经纤维生长“方向指令”的关键作用。

        神经纤维的生长主要是尖端生长,生长中的神经纤维最前端是一个被称为生长锥的结构。它具有高度动态,活跃地探索细胞外的环境、感受外界的导向因子,引导神经纤维朝特定的方向生长,逐步形成神经网络。但是,在这个神秘的过程中,导向因子是怎样引导生长纤维的生长方向?神经纤维生长方向的调控机制一直是一个谜,成为当前国际神经生物学关注的热点。

        在研究中,袁小兵和王以政研究员带领学生应用生长锥转向分析法,在大量分子生物学实验的基础上,首次观察到神经纤维外的导向因子“脑原性神经营养因子”(BDNF)通过打开“瞬间受体电位通道”(TRPC),导致生长锥内的钙离子浓度增加。钙是促使神经元生长必需的重要物质,这样一个过程引导了神经纤维朝“脑原性神经营养因子”(BDNF)浓度高的一侧生长,从而影响到神经纤维的生长方向。这项工作阐明了“脑原性神经营养因子”(BDNF)激发钙离子内流信号转导的一个重要环节,揭示了“瞬间受体电位通道”(TRPC)的新功能。

        据介绍,脑和脊椎等部位的中枢神经是神经网络中最重要的部分。我国科学家的这项研究有助于明确中枢神经纤维的生长和再生机制、揭开调控神经纤维生长状态和方向的谜团,对人类认识神经网络形成具有重要意义,为临床上中枢神经的发育和损伤后修复的研究做了重要的基础理论铺垫。神经元由神经纤维和神经细胞体组成,其中,神经纤维起着重要的电信号传导作用。神经系统是一个由数以亿计的神经元相互联系组成的复杂网络,动物的各种基本生理活动如呼吸、心跳、分泌、感觉、运动,乃至人类的情感、学习、记忆、思维都依靠精确的神经传导的参与和调控。

 

        大脑作为人体的“司令部”,它怎样进行学习、感知、记忆和思维?当脑重大疾病日益危害人类健康时,人们是否能够找到修复脑损伤的有效措施?这些有赖于科学家对人脑神经系统中精确的神经回路的形成和发育机理的认识。今天,国际权威学术期刊《自然》发表了我国科学家发现引导神经生长方向新机制的研究成果。中国科学院上海生命科学院神经科学研究所袁小兵和王以政研究员领导的研究组合作发现,有一类称为TRPC的细胞膜阳离子通道起着传递“方向指令”的关键作用。

  阐明发育过程中神经纤维生长方向是如何被“引导”和“调控”的,是当前神经生物学关注的前沿问题之一。据介绍,生长中的神经纤维的最前段,有一个形如倒锥体被称为“生长锥”的结构,它具有像变形虫一样的高度动态,时刻像一个准备出击的“战士”,活跃地探索细胞外的环境,感受外界导向因子,引导神经纤维朝特定的方向生长,逐步形成神经网络。但是,在这一过程中导向因子如何“引导”神经生长方向的分子机理此前尚未完全揭示。

  此次袁小兵和王以政研究员及其学生李艳、贾怡昌等应用生长锥转向分析方法,首次观察到神经细胞外的导向因子———一种称为BDNF的蛋白质,在把信号传递到细胞膜内过程中,能打开一种称为TRPC的细胞膜阳离子通道,促使神经纤维最前段生长锥内的钙离子浓度增加,从而能引导神经纤维朝BDNF浓度高的一侧方向生长。该研究揭示了引导神经信号需要激发钙通透的离子通道———TRPC这类阳离子通道新的功能,这将对研究神经损伤再生机制提供新的启发,国外同行审稿人认为,“这是一项做得很好也很重要的研究”。

 

        “补钙”,决定了神经生长的“前进”方向。上海科学家经数年研究,首次揭示神经生长发育过程中的“补钙”机理:引导神经生长的营养因子BDNF引起连锁反应,最终成功在细胞膜上为外部钙离子打开TRPC通道。昨天出版的国际权威杂志《自然》上发表了这一原创成果。

  在国际上首次发现这一现象的是中科院上海生命科学院神经科学研究所袁小兵、王以政两位研究员及其小组。袁小兵说,人体内神经纤维正确生长“前进”,营养因子BDNF是已知“引路人”之一,可它令神经“听话”的机理之前却未被完全揭示。此次研究表明,营养因子BDNF就像一把钥匙,经过与受体蛋白结合、激活信号分子的连锁反应,在细胞内释放出微量钙离子。这些钙离子可进一步打通细胞膜上的阳离子通道TRPC,引入神经转向所需的大量钙离子。生长中的神经纤维最前端,哪一侧细胞中钙离子浓度较高,神经就往哪里长。这一结果有助于揭示神经发育的奥秘,对神经损伤再生的研究提供理论借鉴,为开发和设计有利于神经再生药物提供新思路。

  据介绍,人类的情感、学习、记忆、思维等都有赖于各条设计精确的神经网络的参与及调控,而神经网络发育的失调或缺陷势必造成神经功能的紊乱。因此,神经纤维导向机制已成为脑科学的研究热点之一。

 

        我们的大脑就像一个复杂的网络,神经纤维的生长应该向左走还是向右走,才是正确方向?中科院上海生命科学研究院昨天宣布,科学家发现一把“蛋白质钥匙”,能打开一条名叫TRPC的离子通道,由此点亮钙离子“信号灯”,引导神经纤维沿指定方向生长。

        昨天出版的英国《自然》杂志发表了神经科学研究所的这一成果。这也是继《细胞》之后上海生命科学院原创成果今年再次叩开国际高水准学术期刊的大门。《自然》审稿人认为:这是一项做得很好,同时也很重要的研究。

        课题组袁小兵、王以政博士为记者形象描绘了一幅“大脑神经纤维生长图”:如果把神经纤维的生长比喻成一辆前进的汽车,那么,其前端结构“生长锥”如同一个“导航仪”——它活跃地探索细胞外环境,捕捉各种导向信号,然后引导“汽车”正确生长前进,逐步形成大脑神经网络。但科学家不清楚,导向信号发挥作用的机制到底如何?

        在历时2年的研究中,神经所科研人员发现:一个名叫BDNF的蛋白质,正是这样一把“神奇钥匙”。在许许多多的“离子公路”中,它能选择并打开一条正确的“直通道”,从而点亮了一盏“钙离子信号灯”,引导神经纤维向离子浓度高的一侧生长。

        那么,这项成果对于我们研究大脑到底有什么意义呢?袁小兵博士谨慎地解释:它可能为探索神经网络发育、治疗神经损伤,指明一条新的途径。事实上,一旦神经纤维的生长“迷失方向”,将引发各种大脑病症。不久的将来,或许可以用“信号灯”的方法,影响神经纤维生长方向。“当然,这项基础研究离临床还有很远的距离。”袁小兵说。

 

        国际权威学术期刊《自然》(Nature)今天发表我国科学家发现引导神经生长方向新机制的研究成果 中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所袁小兵博士和王以政博士领导的研究组合作研究发现,神经纤维最前端生长锥的细胞膜上有一类称为TRPC的阳离子通道起着传递“方向指令”

的关键作用。

  袁小兵博士和王以政博士等科研人员应用生长锥转向分析方法,首次观察到神经细胞外的导向因子BDNF能打开非选择性阳离子通道TRPC,导致神经纤维最前端生长锥内的钙离子浓度增加,进而引导神经纤维朝BDNF浓度高的一侧生长。这项工作阐述了BDNF是激发钙离子内流信号转导的一个重要环节,揭示了TRPC这类阳离子通道新的功能,对研究神经损伤再生机制提供了新的思路。神经系统是一个由数以千亿计神经元相互联系组成的复杂网络,动物的各种基本生理活动乃至人类的高度行为赖于精确的神经回路的参与及调控。袁小兵等科研人员揭示发育过程中神经纤维生长方向如何被调控,具有重要的科学意义。

 

        今天,国际权威学术期刊《自然》发表我国科学家发现引导神经生长方向新机制的研究成果,中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所研究员袁小兵博士和王以政博士领导的研究组经过两年多的合作研究发现,神经纤维最前端生长锥的细胞膜上有一类称为TRPC的阳离子通道起着传递“方向指令”的关键作用。

        阐明发育过程中神经纤维生长方向是如何被调控的,是当前神经生物学关注的关键问题之一。已有的研究表明,神经纤维的生长主要是尖端生长,即新物质主要被组装在神经纤维的最前端。生长中的神经纤维最前端,有一个被称为生长锥的结构,它具有像变形虫一样的高度动态,活跃地探索细胞外环境,感受外界导向因子,引导神经纤维朝特定的方向生长, 逐步形成神经网络。但是,这个过程中导向因子如何引导神经生长方向的分子机理此前尚未完全揭示。

        据介绍,此次袁小兵和王以政及其学生李艳、贾怡昌、崔凯等应用生长锥转向分析方法,首次观察到神经细胞外的导向因子BDNF能打开非选择性阳离子通道TRPC,导致神经纤维最前端生长锥内的钙离子浓度增加,进而引导神经纤维朝BDNF浓度高的一侧生长。这项工作阐述了BDNF是激发钙离子内流信号转导的一个重要环节,揭示了TRPC这类阳离子通道新的功能,对研究神经损伤再生机制提供了新的启发。

        该研究论文的一位审稿人评论说,“这是一项做得很好也很重要的研究”。据介绍,神经系统是一个由数以千亿计神经元相互联系组成的复杂网络,动物的各种基本生理活动如呼吸、心跳、分泌、感觉、运动,乃至人类的高等行为如情感、学习、记忆、思维等都有赖于精确的神经回路的参与及调控。而神经回路发育的失调或缺陷势必造成神经功能的紊乱。

        权威专家认为,揭示发育过程中神经纤维生长方向是如何被调控的,具有极其重要的科学意义。

(责任编辑:泉水)
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