神经活动对突触囊泡内吞带时空特性的调控
批准号:
32100765
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
柳孜俐
依托单位:
学科分类:
分子与细胞神经生物学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
柳孜俐
中文摘要
突触囊泡循环是保证神经系统持续活动的重要机制。囊泡内吞回收是其循环中不可或缺的环节。突触内吞带是囊泡回收的结构基础,它的时空特性直接决定着预备回收囊泡的内吞方式和效率,影响着突触短时程可塑性和信息处理。然而,由于研究方法和标本的限制,突触终末上内吞带的空间分布和对应于不同神经活动的动态变化规律以及与突触活性带的偶联关系至今尚未被揭示。基于申请人的前期积累,结合神经电生理/神经影像学方法取得的最新进展,本项目拟以小鼠calyx of Held突触为研究对象,结合对突触前膜电容的检测,光遗传学刺激及特异性荧光标记等方法,实现对突触囊泡内吞带的时空特性的完整解析。我们将在本项目中完成对突触内吞带时空特性的直接观测,定量分析突触内吞带与活性带的偶联关系,并阐明神经活动对突触内吞带时空特性的调控作用,为探索突触内吞带在各种神经活动中维持高效、稳定的突触传递的机制和作用提供新的洞察。
英文摘要
Synaptic vesicle recycling is pivotal for maintaining reliable synaptic transmission. Synaptic vesicle endocytosis is a necessary process of vesicle recycling. Synaptic endocytic zone is the fundamental structure of vesicle retrieval, and its spatio-temporal feature determines the pathway and efficiency of endocytosis, affecting the short term plasticity and information processing. However, few relative studies could give an accurate description of the dynamic changes of the endocytic zone corresponding to neuronal activities and the coupling relationship between active zone and endocytic zone, because of the limitation of study materials and methods. Based on our previous study, we will take advantages of the research progress of electrophysiology and neuroimaging, apply mice calyx of Held synapse as our study objects, record the presynaptic membrane capacitance, and combine optogenetics stimulation and fluorescence labeling methods, so as to completely analyze the spatio-temporal features of synaptic endocytic zone. This study would provide the first directly observation of synaptic endocytic zone, quantitatively describe the coupling relationship between active zone and endocytic zone, elucidate the regulation of neuronal acitivities on synaptic endocytic zone and shed new insight into the impact of the synaptic endocytic zone on stable and reliable synaptic transmission under variable levels of neuronal activity.
突触囊泡循环是确保神经系统持续运作的关键机制,其中囊泡的内吞回收在整个循环过程中不可或缺。突触内吞带作为囊泡回收的结构基础,其时空特性对突触囊泡回收和供给效率产生显著影响。然而,受限于现有研究方法和标本,突触终末上内吞带在神经活动过程中的动态变化及其生理功能尚未得到充分研究。.在本项目中,研究团队依托神经电生理与影像学方面的经验积累,选择小鼠的Calyx of Held突触作为模型,通过突触前膜电容检测、荧光特异性标记及动态观察等技术手段,系统解析了突触囊泡内吞带的时空特性。.本研究的主要内容包括:1)神经活动中内吞带的容量及其动态变化;2)突触终末上内吞带的空间分布及变化;3)内吞带与活性带的偶联关系。通过实验记录和理论分析,我们发现:1)在20 Hz的神经活动下,突触前膜上可容纳约22.9万个囊泡;在50 Hz时,这一容量提升至32.4万个;2)囊泡循环涉及约26万个囊泡;3)回收后的囊泡依次通过四个不同的囊泡池,完成整个突触囊泡循环;4)该动力学结构不仅维持囊泡供给的稳定性,同时有助于保障神经信息传递的可靠性。.本项目的研究表明,在生理条件下,calyx of Held突触终末的膜面积及结构复杂度显著高于离体状态,且随着神经活动强度而动态调整。我们的四囊泡池模型揭示了囊泡从内吞带回收到循环过程中多个阶段的可能形态学变化,并指出这些过程受到多种信号分子的调控。该研究成果不仅深化了对突触囊泡循环的理解,也为临床病例机制的研究提供了新视角,有望通过模式动物和人类组织样本研究,推动相关疾病机制的理论突破。
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