新的蛋白质组学技术揭示了树突发育的秘密

神经组学技术允许研究人员在完整的活组织中标记和捕获细胞表面蛋白质，以了解复杂的细胞相互作用和未来的药物靶点。

浦肯野细胞是形成于小脑的大神经元，小脑是位于大脑后面的小的紧凑部分。错综复杂的树突树从每个细胞延伸出来，形成了一个复杂的分支图案，类似于海扇。浦肯野细胞功能障碍与神经系统症状有关，如震颤、不规则肌肉运动和高反应性。

浦肯野细胞精致的树突在神经元交流中扮演着不可或缺的角色，通过接收和整合由分散在细胞表面的蛋白质协调的突触脉冲。尽管在神经计算中扮演着不可或缺的角色，但对这些复杂树突的发展仍然难以理解。一项研究发表在10月份的《神经元应用一种新技术来分析浦肯野细胞表面的蛋白质，以更好地了解它们在树突发育和神经元通信中的作用。

细胞表面的蛋白质伸出细胞膜，就像建筑物上的天线。通过突出到周围环境中，这些蛋白质在细胞间的交流中发挥着关键作用，就像哺乳动物神经系统中不同细胞类型之间高度协调的相互作用。大多数研究这些蛋白质的技术都无法量化和描绘哺乳动物大脑中不同细胞类型镶嵌中的蛋白质。

“细胞表面蛋白质就像细胞外表面的小机器，调节不同类型细胞之间的通信，”该研究的主要作者、哈佛大学博士后、前Luo实验室成员安德鲁·舒斯特(Andrew Shuster)说。“我们感兴趣的是开发一种方法来分析恐龙的整个皮毛细胞表面蛋白在其他方法无法接近的健康组织中

这项新技术被称为细胞外标记原位细胞表面蛋白提取(iPEEL)，能够精确标记从细胞表面延伸出来的表面蛋白。iPEEL是吴仔神经科学研究所神经组学计划的产物，该计划旨在开发工具来绘制神经系统中的基因和蛋白质表达以及神经元连接模式。

“我们与斯坦福大学的几个实验室一起开始了这项努力，通过借用和扩展为细胞培养该研究的资深作者、斯坦福大学安和比尔·斯温德尔斯教授、霍华德·休斯医学研究所研究员李群·罗说。“这种方法扩展了我们的合作者Alice Ting在培养细胞中的工作，将对大量器官系统和许多研究细胞发育和疾病的不同应用有用。”

迄今为止，还没有在健康哺乳动物组织的任何类型的细胞中描述细胞表面蛋白的完整补体。罗和他的团队将这项技术应用于从转基因小鼠组织中获得的浦肯野细胞。利用iPEEL，他们标记并分析了发育(15天大)和成熟(35天大)浦肯野细胞表面排列的蛋白质。目的是确定表面蛋白质的组成如何随着年龄的增长而变化，并探索它们的功能。

他们发现了一个在年轻浦肯野细胞中富集的蛋白质子集，可能与树突生长和分支有关。进一步的工作评估了这些蛋白质的功能，将它们带到犰狳样螺旋结构域包含蛋白4 (Armh4)，一种在神经系统中没有已知功能的蛋白质。

他们发现Armh4实际上在发育中的神经元产生精细树突的过程中起着关键作用。通过功能丧失或过度表达来破坏Armh4蛋白，研究人员能够损害树突分支的形状和发育。他们的一些发现还表明，Armh4影响突触的形成，可能是突触发生和树突形态之间的联系。

舒斯特说:“细胞表面蛋白对生物学家感到兴奋的许多细胞类型都有重要的功能。”“Armh4在神经系统的许多细胞类型中都有表达。研究这个蛋白质将阐明其在调节功能中的作用，并提供一个了解其调节途径的机会。”

他们的工作还揭示了许多相同的突触和通道蛋白在发育和成熟的细胞中都是活跃的，这表明甚至在成熟的神经回路建立之前，电信号和突触信号的积极参与是可能的。这一发现扩展了对神经元表面如何随着细胞成熟而演变的理解。

除了识别哺乳动物组织的全部细胞表面蛋白外，这项技术还为探索药物开发提供了一个新的平台。今天，许多药物以这些蛋白质为靶点来治疗疾病。iPEEL为发现新的药物靶点提供了机会。

“我们可以绘制各种细胞的整个细胞表面蛋白质组，”罗说。“这项技术将允许研究人员研究不同的动物模型，以探索治疗疾病的治疗途径，并找到可以帮助患病组织的新药物靶点。”