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中科大在《CELL》上发文揭示参与日光照射改善学习记忆的脑内谷氨酸代谢新通路及相关神经环路机制

发布者(zhe):刘建伟发布时间:2017-06-07浏览次数:1075

中(zhong)科(ke)大化学(xue)(xue)学(xue)(xue)院、中(zhong)国(guo)(guo)科(ke)学(xue)(xue)技术大学(xue)(xue)微尺度物质科(ke)学(xue)(xue)国(guo)(guo)家研(yan)(yan)究(jiu)中(zhong)心的黄光明教授研(yan)(yan)究(jiu)组(zu)与(yu)生命科(ke)学(xue)(xue)学(xue)(xue)院神(shen)经(jing)退行性疾病研(yan)(yan)究(jiu)中(zhong)心、中(zhong)国(guo)(guo)科(ke)学(xue)(xue)院脑科(ke)学(xue)(xue)与(yu)智(zhi)能(neng)技术卓(zhuo)越(yue)创(chuang)新中(zhong)心的熊伟教授研(yan)(yan)究(jiu)组(zu)合作(zuo),通过单细胞质谱、光遗传、电生理膜片钳(qian)及(ji)动物行为学(xue)(xue)等技术方(fang)法,揭示了一条脑内谷氨酸代谢新通路(lu)及(ji)其参与(yu)日光照射改善(shan)学(xue)(xue)习记忆(yi)的分子及(ji)神(shen)经(jing)环路(lu)机制。该研(yan)(yan)究(jiu)成果于2018517日在线发表在国际著名期刊《细胞》(CELL)上()

众所(suo)周知(zhi),适度的阳光照射对(dui)人体有(you)很多好处,包括维生素D的(de)(de)(de)合成以及多种(zhong)皮肤(fu)疾病的(de)(de)(de)治疗等。此外,人(ren)(ren)们还发现阳光(guang)(guang)照射(she)对神经(jing)系(xi)统(tong)也(ye)有一定程(cheng)度(du)的(de)(de)(de)影(ying)响,例如(ru)适度(du)的(de)(de)(de)日(ri)光(guang)(guang)照射(she)可以改善(shan)人(ren)(ren)们的(de)(de)(de)情绪和认知(zhi)。然而(er),由于(yu)研究手段的(de)(de)(de)局(ju)限(xian),对日(ri)光(guang)(guang)照射(she)引起与神经(jing)系(xi)统(tong)相关的(de)(de)(de)行为变化的(de)(de)(de)深(shen)层机制目前并不清楚。而(er)日(ri)光(guang)(guang)照射(she)皮肤(fu)最终如(ru)何影(ying)响脑(nao)内(nei)神经(jing)细胞的(de)(de)(de)代谢以及神经(jing)环路的(de)(de)(de)功能也(ye)一直是(shi)个未解之谜。

  

黄(huang)光明教授及熊伟(wei)教授研究团队,利用自主研发(fa)的单细胞质谱(pu)技术,结(jie)合神经科学的多(duo)种研究手段,发(fa)现日(ri)光照射动物皮肤后会(hui)使(shi)得血液里一(yi)种叫做UCAUrocanic Acid)的化学物(wu)质含(han)量大(da)幅度(du)增(zeng)加。随后他(ta)们发现,增(zeng)加的UCA可以透过血脑屏障进入大(da)脑神经细胞,在细胞内UCA通过一系列的(de)生(sheng)物代谢酶最终转化成谷氨(an)酸(suan)(suan)。细胞内的(de)谷氨(an)酸(suan)(suan)在(zai)运动(dong)(dong)皮层以及海马(ma)的(de)神经(jing)末梢释放(fang),进而(er)激活运动(dong)(dong)学习以及记(ji)忆(yi)相关的(de)脑内神经(jing)环(huan)路,从而(er)增强(qiang)动(dong)(dong)物的(de)运动(dong)(dong)学习能力(li)以及物体识别(bie)记(ji)忆(yi)能力(li)。这是自70-80年代之(zhi)后,再度发(fa)现(xian)新(xin)的脑内(nei)谷(gu)氨酸(suan)生(sheng)物合(he)(he)成通(tong)路。由于谷(gu)氨酸(suan)在(zai)大脑内(nei)具有(you)参与细胞内(nei)蛋白合(he)(he)成、能(neng)量代谢以及兴奋性(xing)神经信号传(chuan)递(di)等多种重要的生(sheng)理功(gong)能(neng),因此,该脑内(nei)谷(gu)氨酸(suan)生(sheng)物合(he)(he)成的新(xin)通(tong)路的发(fa)现(xian)对于了解大脑工作机(ji)理以及探索相关(guan)疾病发(fa)生(sheng)机(ji)制(zhi)都将起到(dao)非常重要的作用。

黄(huang)光(guang)明教授(shou)及熊伟教授(shou)研究团队在单细胞质(zhi)谱(pu)/电生理分(fen)(fen)析方(fang)面开展(zhan)了(le)长期的(de)紧密合作,分(fen)(fen)别开发了(le)能(neng)用于复(fu)杂(za)样品(pin)的(de)原位质(zhi)谱分(fen)(fen)析方(fang)法,实(shi)现(xian)了(le)针对细(xi)胞内(nei)蛋白质(zhi)的(de)直接分(fen)(fen)析(Angew. Chem. Int. Ed. 2011,2011; Anal. Chem. 2016, 2018,),以(yi)及通过(guo)电生理膜(mo)片钳技(ji)术开展了对(dui)小(xiao)鼠脑内单个神(shen)经元的功能鉴定(ding)与(yu)解析(Nat. Chem. Biol., 2011;J. Exp. Med., 2012; Nat. Neurosci., 2014)。研究团队联(lian)合开发了(le)拥(yong)有(you)完(wan)全自主知识产权的单细胞质谱技术(shu)(PNAS2017),以上研究为本项目的完成提(ti)供(gong)了重要的工作基础。

图注:日光照(zhao)射改(gai)善人类(lei)情(qing)绪、学习(xi)和(he)记忆的分子及神(shen)经环路机制(zhi)

中(zhong)(zhong)科(ke)大(da)化学(xue)院(yuan)(yuan)与(yu)生命学(xue)院(yuan)(yuan)联(lian)合(he)培(pei)养博士后朱洪影以(yi)(yi)及(ji)生命学(xue)院(yuan)(yuan)博士研究(jiu)生王宁为(wei)(wei)该论文的共同(tong)第一作(zuo)者。熊伟教(jiao)授与(yu)黄光(guang)明教(jiao)授为(wei)(wei)论文的共同(tong)通讯作(zuo)者。该研究(jiu)工(gong)作(zuo)得(de)到了基金委(wei)、科(ke)技(ji)(ji)部、中(zhong)(zhong)科(ke)院(yuan)(yuan)先(xian)导专项以(yi)(yi)及(ji)中(zhong)(zhong)组部青(qing)年创(chuang)新人才计划等资(zi)助。该工(gong)作(zuo)还得(de)到中(zhong)(zhong)国科(ke)学(xue)技(ji)(ji)术大(da)学(xue)同(tong)步辐射实验室光(guang)电离质谱线(xian)站的仪(yi)器(qi)与(yu)技(ji)(ji)术支持。


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