高速原子力显微镜揭示大脑受体的动态行为

金泽大学纳米生命科学研究所（WPI NanoLSI）的研究人员使用高速原子力显微镜观察了AMPA受体的动态变化，这对大脑交流至关重要。他们的研究结果发表在《ACS Nano》上，揭示了这些受体在信号传输过程中是如何适应的，并为神经治疗提供了潜在的靶点

这项由柴田美一郎领导的研究深入研究了AMPA受体（AMPAR）的复杂行为，AMPAR对大脑神经细胞之间的交流至关重要

该团队采用了一种称为高速原子力显微镜（HS-AFM）的先进成像技术来观察GluA2亚基中N-末端结构域（NTD）的实时行为。NTD是蛋白质的起始片段，在AMPAR如何在突触处发挥作用和聚集方面起着关键作用

该研究还研究了GluA2亚基如何与TARPγ2相互作用，TARPγ是一种调节受体对信号反应的调节蛋白

关键发现之一是NTD在不同状态下的行为：休息、激活和脱敏。研究人员发现，在激活状态下，NTD二聚体（成对的NTD）可以分裂成单个单元或单体。这个过程被称为亚基交换，允许一个受体的部分与另一个受体交换，从而可能改变受体的功能

这一新的观察结果得到了分子动力学模拟的支持，表明这些单体状态在脂质环境中是稳定的，为受体适应性和多样性提供了潜在的机制

在脱敏状态下，受体对信号的反应减弱，NTD二聚体分离，但与激活状态相比，它们的运动受到更多限制。这种脱敏有助于保护神经细胞免受过度刺激，这可能会导致细胞损伤

该研究对不同功能状态下NTD结构变化的见解突出了AMPAR的动态性质及其在突触环境中适应各种条件的能力

这项研究还揭示了神经元五聚蛋白1（NP1）的作用，NP1是一种有助于突触AMPAR聚集的蛋白质。NP1形成与NTD尖端结合的环形结构，可能促进多个AMPAR聚集成簇

这种聚集对于有效的突触传递至关重要，因为它使受体更紧密地结合在一起，从而在神经元之间发出更有效的信号。通过连接多个受体，NP1增强了突触连接的强度和可靠性，有助于提高神经交流的整体效率

这项研究的结果有助于我们理解AMPAR在神经传递过程中的功能和适应。通过揭示NTD的动态结构变化并强调NP1在受体聚集中的作用，该研究为突触可塑性的分子过程提供了新的见解，突触可塑性是指突触随时间增强或减弱的能力，这对学习和记忆至关重要

这些发现可能对开发AMPAR功能受损的神经系统疾病的治疗方法具有重要意义，如癫痫、阿尔茨海默病和其他认知障碍

正如作者总结的那样，“我们的研究揭示了AMPA受体内发生的动态结构变化，突显了它们非凡的适应性。了解这些机制不仅加深了我们对大脑功能的认识，而且为针对突触传递和可塑性的治疗干预开辟了新的途径。”