記者11月5日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，中科大、中科院深圳先進技術(shù)研究院雙聘教授畢國強和劉北明團隊，與美國加州大學(xué)洛杉磯分校周正洪教授合作，通過冷凍電鏡技術(shù)解開了抑制性神經(jīng)突觸中受體蛋白組織規(guī)則的秘密。成果日前發(fā)表在 《自然·神經(jīng)科學(xué)》上。

神經(jīng)突觸是大腦中眾多神經(jīng)元之間信息傳遞和存儲的最基本的結(jié)構(gòu)與功能單元。突觸的異常則可能是導(dǎo)致抑郁癥、阿爾茨海默病等精神與神經(jīng)疾病的起源。精確解析突觸的蛋白分子結(jié)構(gòu)、組織架構(gòu)及其在神經(jīng)活動或異常過程中的變化，是解密大腦奧妙的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

畢國強教授自2007年回國后，核心工作之一即是與周正洪教授和匹茲堡大學(xué)章佩君教授合作，發(fā)展冷凍電鏡原位三維成像技術(shù)，在國際上開創(chuàng)性地開展了基于冷凍電鏡與關(guān)聯(lián)顯微成像技術(shù)的神經(jīng)突觸超微結(jié)構(gòu)與功能研究，首次利用冷凍電鏡解析了完整神經(jīng)突觸的三維結(jié)構(gòu)，并實現(xiàn)了對中樞神經(jīng)系統(tǒng)中兩類最主要突觸——興奮性與抑制性突觸的精確區(qū)分以及結(jié)構(gòu)特征的定量化分析。

在此基礎(chǔ)上，研究團隊發(fā)展了一種基于過采樣與自動分類的冷凍電鏡斷層三維成像亞區(qū)域圖像處理方法，實現(xiàn)了對細胞斷層三維重構(gòu)圖像中無標記和無模板依賴的蛋白質(zhì)自動識別和三維重構(gòu)分析。基于這一方法，研究團隊實現(xiàn)了對抑制性神經(jīng)突觸中受體的自動化辨別并解析了其三維結(jié)構(gòu)。通過對受體在突觸中的空間分布進行分析，發(fā)現(xiàn)了這些受體在抑制性突觸中呈現(xiàn)層級狀的組織分布規(guī)則。這項研究成果是首次利用冷凍電鏡斷層成像技術(shù)對受體蛋白進行定位研究分析，為受體分子等蛋白質(zhì)的原位高分辨解析以及相應(yīng)藥物作用機理和治療藥物開發(fā)研究奠定了基礎(chǔ)。