遺傳發育所發現神經突觸發育的調控機制

　　神經突觸是高度特化的細胞間連接，負責神經元與其靶細胞之間的信息傳遞。對突觸形成和生長發育進行深入研究，不僅有利于闡明大腦發育和功能的分子機制，而且可以加深對相關神經精神疾病發病機制的認識。已知BMP(bone morphogenetic protein:骨形成蛋白)信號通路對多種組織器官包括大腦的發育調控起著極其關鍵的作用，但BMP信號通路的調控機制還遠不清楚。

　　中國科學院遺傳與發育生物學研究所張永清實驗室長期致力于突觸發育和功能調控及相關神經精神疾病發病機制的研究。為了研究突觸發育的調控機制，通過對果蠅突變體的遺傳篩選，實驗室最近發現和鑒定了一個抑制BMP信號通路活性繼而抑制神經突觸生長發育的蛋白。該蛋白在進化上高度保守但功能未知。他們將該蛋白命名為S6蛋白激酶樣蛋白（S6 kinase like, 簡稱S6KL)。S6KL突變造成神經突觸扣結數目增多、電鏡下突觸囊泡數目變少，體積變大，在功能上表現為突觸內吞功能明顯減弱、神經傳導量子釋放量明顯增加。遺傳互作分析結果顯示，在S6KL突變的背景下去除一個拷貝的tkv（編碼BMP的I型受體）可以挽救其突觸過度生長的表型。此外，在分別去除一個拷貝的S6KL和一個拷貝的dad（編碼BMP信號通路的抑制基因）的雜合子中，突觸扣結的數目與野生型相比明顯增加。生化分析結果表明Tkv的蛋白量在S6KL的突變體中明顯增加。在體外培養的S2細胞中S6KL和Tkv有直接的物理互作。在S2細胞中敲減S6KL，Tkv的蛋白水平增加；相反，過表達S6KL，Tkv的蛋白量減少，當過表達S6KL同時加入蛋白酶體抑制劑MG132，可以抑制Tkv的蛋白量減少。上述體內外實驗結果表明S6KL可以促進Tkv的蛋白酶體降解，從而負調控BMP信號通路，繼而調控突觸發育和功能。

　　該研究首次揭示了蛋白激酶S6KL通過抑制BMP信號通路而抑制果蠅突觸生長分子調控機制。由于S6KL在從線蟲到人等物種中高度保守，但其功能未知，因此，該研究有助于理解S6KL在人等高等動物組織器官包括大腦發育過程中的重要生物學功能。該研究結果近日在線發表于國際期刊PLoS Genetics（doi:10.1371/journal. pgen.1004984）。張永清課題組助理研究員趙國力為論文第一作者。這一工作得到了國家自然科學基金委、科技部和中科院的資助。