通过窥视大脑计算的构建块

突触是专业设备,学习和记忆。突触信号的有效传输依赖于精致的突触的结构和复杂的分子组成。然而,小尺寸(直径几百纳米)和突触的异构性质构成重大挑战在分子内突触的直接观察。

根据拟议的原位处理技术低温电子断层扫描,中国科学技术大学的研究人员(科大)和深圳先进技术研究院(SIAT)中国科学院(CAS)成为第一个科学家观察个人GABAA受体及其组织突触膜,赋予大脑对信息处理的能力。

“这项研究的进步来自于原位低温电子显微镜,这种方法保留了细胞原生状态和有一个数量级的高分辨率超分辨率光学显微镜相比,“陶Changlu说,从科大和博士后研究的co-first作者,现在SIAT副研究员。

这种图像处理技术能够自动定位膜蛋白的细胞环境。“确保我们检测每一个突触后膜受体,我们采样过量突触膜和分类抽样3 d图像没有任何模板”刘Yuntao说,从科大研究生,研究co-first作者,现在加州大学洛杉矶分校的博士后。“我们甚至用抽样的负控制突触前膜来验证我们的观察。”

受体被发现后,研究人员突然意识到,膜上的受体并不是随机分布的:他们倾向于保持相同的11 nm互相“社会距离”才有可能发展成熟。有趣的是,受体可以自由旋转,尽管受到距离的限制。

“受体之间的社会距离可能源自他们的交互与脚手架分子——gephyrins”,说BI、中国科技大学的神经科学教授和高级该论文的作者之一。

脚手架分子形成一个5-nm厚的密度板支持和规范GABAA受体膜。在一起,形成一个吸收半有序结构称为“mesophasic大会”。

mesophasic状态在液体和固体之间,这可能会引起多价受体之间的相互作用及其脚手架分子和吸引readily-releasable囊泡含有神经递质。抑制性突触可以存储信息对GABAA受体通过安排在这样一个低熵温和状态。

这种半有序结构不同于先前提出的六角形晶格GABAA受体的组织和gephyrins。值得注意的是,每个突触往往包含一个mesophasic组装,而不是多个nano-domains兴奋性突触与超分辨率光学显微镜观察。

“这个工作代表第一nanometer-resolution观察抑制性突触受体和关键的一步解决原子大脑的细节。”周在香港说,电子成像纳米中心主任加州大学洛杉矶分校,加州纳米系统研究所的资深作者。

参考:刘欧美,道CL,张X, et al . Mesophasic GABAA受体的组织在海马抑制性突触。Mesophasic GABAA受体的组织在海马抑制性突触。Nat >。2020年。doi:10.1038 / s41593 - 020 - 00729 - w

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