没有膜的细胞结构：研究人员讨论了突触如何利用液体产生功能分离

Ege Kavalali教授兼药理学系主任的实验室在《自然通讯》上发表了一篇论文，确定液-液相分离在突触的纳米结构中起着关键作用，其破坏会影响诱发的神经传递，但不会影响自发的神经传递

由于神经元细胞质是水性的，因此可以在其中自发形成由不同浓度的大分子定义的不同液相

在LLPS中，富含特定蛋白质-蛋白质或蛋白质-核酸复合物的液体冷凝物或无膜细胞器与去富集的稀相分离，在细胞质中形成不同的液相。原则上，这类似于混合油和水——尽管两者都是液体，但它们仍然会分离成不同的相

该论文的第一作者，卡瓦拉利实验室的博士生Natalie J.Guzikowski回答了有关他们最近工作的问题。

在过去的十年中，越来越多的研究揭示了液-液相分离如何介导整个细胞以及突触中的蛋白质相互作用

虽然这项工作令人兴奋，但很难理解这些液体冷凝物在放电神经元中的生理作用。我们的研究调查了这些液体状特性如何影响神经元在突触信号传导中的主要功能

突触是一个高度有序和动态的亚细胞系统，在没有边界膜的情况下保持自主性、组织性和高保真度的神经传递。与其他细胞亚结构（例如，核、线粒体和内质网）不同，突触不具有有助于分隔的封闭膜

尽管如此，突触仍然能够协调许多不同的功能通路，这些通路是大规模大脑回路和高阶处理的基础。是什么物理化学和结构特性促成了这一点

我们在突触的纳米组织中发现了液体冷凝物生物学基本原理的保守性，证明了多种蛋白质相互作用如何同步工作，将突触划分为不同的信号区

我们还发现，突触前环境的组织，包括突触囊泡池和活性区支架复合物，本质上是流体的，动态液体冷凝物对于高效和精确的神经传递至关重要

最后，我们了解到LLPS在突触的纳米结构域内是必要的，并且这种纳米组织的破坏在很大程度上避免了自发神经传递，揭示了LLPS在引导诱发释放方面的特异性

动作电位依赖性或诱发性神经传递是人们更熟悉的神经递质释放模式，其中电信号触发突触处神经递质的释放，进而在进行中的神经元中触发新的电信号，以此类推。

然而，神经递质的释放也可以自发发生，以动作电位无关的方式发生，这在稳态可塑性和发育中至关重要。自发神经传递也是精神疾病干预的基础

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使我们的研究独一无二的一个方面是，我们对LLPS复合物的操纵独立于靶向结构化蛋白质结构域相互作用、蛋白质运输和遗传扰动，这有助于建立LLPS在突触处的纳米特异性和生理相关性

我们的工作还通过与其他LLPS研究不同的视角研究了LLPS，因为我们使用电生理学来实时了解LLPS的破坏如何影响神经传递，揭示了LLPS工作原理的高度特异性

进一步划分LLPS复合物的功能特异性将有助于理解突触的纳米环境，这对于揭示神经疾病及其治疗的潜在机制至关重要

我们的工作正在弥合体外鉴定的液体冷凝物与LLPS在突触处的功能意义之间的差距。我们希望其他研究人员在我们的工作基础上，继续研究结构和功能交叉处的突触生理学 More information: Natalie J. Guzikowski et al, Functional specificity of liquid-liquid phase separation at the synapse, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-54423-7

Journal information: Nature Communications