当你阅读这些文字时,你的视觉神经已经按一定顺序释放了数万个囊泡,撑开微小的表面气孔,将化学信号沿着神经传递到下一个细胞,告知大脑你正在看什么,眼球下一步应如何移动。两项最新研究,其中一项由莱斯大学的一名生物化学本科生主要负责,于2006年7月17日发表在《自然结构与分子生物学》网络版上,揭示了神经细胞用于快速传递信息的一种关键蛋白质的功能。
神经细胞与体内所有细胞一样,由一层膜包裹,这层含脂组织将细胞内部与外界隔离。神经细胞使用一套复杂的蛋白质系统作为传感器、开关和催化剂,监视外界并决定何时打开膜通道以进食、排泄或传输化学物质。多项研究表明,一组名为SNARE的蛋白质充当细胞的装卸码头经理,决定何时打开码头以允许化学货物装载发货。SNARE通过含脂膜为装载化学物质的囊泡形成入坞港口。
研究主要负责人、生物化学与细胞生物学副教授詹姆斯·麦克纽(James McNew)表示:“神经细胞是体内几种特殊的细胞之一,其细胞膜预先存在囊泡,随时准备在接到通知后释放神经递质至下一个神经细胞。”SNARE在膜融合过程中起关键作用,它们监视细胞外膜与包裹化学物质的膜融合,确保化学物质输出而外界物质无法进入。
麦克纽说:“我们知道SNARE为膜融合提供机械能。此外,另一种名为突触囊泡膜蛋白(synaptotagmin)的蛋白质起制动作用。系统中还存在一个化学性‘刹车’,对预先的囊泡进行检查,但有时准备释放。这些新研究明确表明,这个‘刹车’是一种名为‘复合体’(complexin)的蛋白质。”
莱斯大学的研究在麦克纽实验室进行,研究生约翰娜·斯考布(Johanna Scoble)对人工合成的高度控制的膜和蛋白质复合体进行了体外实验。通过这些实验,斯考布证实了由SNARE制动的膜融合(即打开闸门使神经递质离开神经细胞)受到复合体的抑制。斯考布今年冬季将进入斯坦福大学研究生院就读,她认为:“通过半路中断融合过程,复合体将缩减信息转换的反应时间,从而使神经细胞基本上实现同步上传信息。”
麦克纽称,这一发现已得到2006年6月22日《科学》杂志网络版一篇报告的证实。在该文中,哥伦比亚大学的詹姆斯·罗斯曼(James Rothman)及其同事利用SNARE从外部而非内部创造了变异细胞,证实复合体可能抑制融合,使预期融合过程发生意外。“复合体就是一个刹车,”麦克纽说,“它传递的信息是:‘停下来,除非得到突触囊泡膜蛋白的指令信号,否则不能再向前。’”