記者從中國科學技術大學獲悉，該校畢國強教授團隊通過自主研發的毫秒級時間分辨冷凍電鏡技術，揭示出大腦高效傳遞信息的“微觀密碼”，解決了神經科學領域長達半個世紀的關鍵爭議。《科學》雜志發表了這項神經科學領域的突破性研究成果。
大腦功能的實現，依賴于數千億個神經元之間高效、精準的突觸傳遞，突觸囊泡作為神經遞質的載體，其釋放機制一直是神經科學領域的重要問題。自20世紀70年代以來，科學界圍繞囊泡釋放機制形成了“全融合”與“親吻—逃逸”兩種對立模型，但由于囊泡釋放過程發生在毫秒時間尺度、結構變化處于納米空間尺度，傳統技術難以捕捉其瞬時動態，使這一爭議困擾神經科學領域長達五十年之久。
為攻克這一難題，中國科大畢國強教授團隊聯合國內外多個團隊，開發具有毫秒時間分辨的原位冷凍電鏡技術。他們創新性地將光遺傳學刺激與投入式快速冷凍方法結合，實現了對神經元突觸傳遞過程的毫秒級“動態定格”。
在具體實驗中，研究人員在神經元中表達光敏蛋白，通過激光精準激發動作電位，觸發突觸囊泡釋放。隨后，載有樣品的電鏡載網在設定時間內快速落入冷凍劑，將細胞瞬間固定。通過精確控制光照與冷凍的時間間隔，團隊得以在囊泡釋放的不同階段——從4毫秒到300毫秒之間——捕獲其結構快照。
基于上千套高分辨率三維結構數據的系統分析，團隊發現囊泡釋放與快速回收是一個可分為三階段的動態過程：囊泡首先與突觸前膜形成納米級融合孔(“親吻”)，隨后迅速收縮為表面積減半的小囊泡(“收縮”)，最終大部分囊泡以“逃逸”方式回收，少數發生“全融合”。
“這個中間收縮是一個關鍵”，中國科大畢國強教授解釋道，“為神經突觸實現高效、高保真信號傳遞提供了結構基礎”。《科學》審稿人高度評價該成果，稱“這是一項卓越的研究，提供了富有洞察力的視角”。
這一成果為深入理解神經信息加工以及相關腦功能和疾病機理提供了全新視角。同時，時間分辨冷凍電鏡技術的研發為研究細胞內其他快速生命過程，如病毒入侵、細胞分泌等提供了創新方法平臺。
(總臺記者 王利)
本文鏈接：實現毫秒級“動態定格” 中國科大破解神經傳信“微觀密碼”http://www.sq15.cn/show-5-73601-0.html
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