超分辨率成像技術(shù)揭示，神經(jīng)元中的膜骨架呈現一種周期性結構：肌動(dòng)蛋白絲在神經(jīng)突的圓周上形成間距均勻的環(huán)形結構，相鄰環(huán)形通過(guò)血影蛋白四聚體相互連接。這一高度有序的網(wǎng)絡(luò )結構被稱(chēng)為膜相關(guān)周期性骨架（membrane-associated periodic skeleton，MPS），廣泛存在于不同類(lèi)型的神經(jīng)元中且具有跨物種保守性。它在多種神經(jīng)元功能中發(fā)揮關(guān)鍵作用，既可作為信號傳導平臺，又可為軸突提供機械支撐。
關(guān)于膜相關(guān)周期性骨架（MPS）的一個(gè)重要問(wèn)題是其是否具有動(dòng)態(tài)性，以及若存在動(dòng)態(tài)性，這種動(dòng)態(tài)是否對神經(jīng)元功能至關(guān)重要。細胞骨架結構在穩定性與可塑性之間展現出一種有趣的二元性：既要滿(mǎn)足持久功能需求（例如提供機械支撐），又要保持重塑能力以適應細胞不斷變化的需求。
在涉及強烈外部刺激（例如 GPCR 激活、軸突變性過(guò)程或突觸活動(dòng)被激發(fā)）的特定情況下，MPS 可被主動(dòng)降解。盡管這些觀(guān)察表明 MPS 在特殊條件下具備重塑能力，但傳統觀(guān)點(diǎn)普遍認為其具有穩定結構。
2025 年 8 月 7日，哈佛大學(xué)莊小威團隊在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊 Science 上發(fā)表了題為：The membrane skeleton is constitutively remodeled in neurons by calcium signaling 的研究論文。
該研究通過(guò)活細胞超分辨率成像技術(shù)揭示了膜相關(guān)周期性骨架（MPS）的動(dòng)態(tài)特性--該結構可沿軸突發(fā)生持續性的解體-重組循環(huán)。機制研究表明，MPS 重塑受鈣離子調控，涉及肌動(dòng)蛋白穩定性調控、鈣蛋白酶依賴(lài)性蛋白水解作用，以及蛋白激酶 C 介導的內收蛋白磷酸化過(guò)程。這些發(fā)現為理解細胞執行基本生命活動(dòng)的分子機制提供了重要理論依據。
神經(jīng)元中的膜骨架呈現周期性晶格結構：由內收蛋白（adducin）和原肌球調節蛋白（tropomodulin）封端的肌動(dòng)蛋白絲沿神經(jīng)突形成環(huán)形結構，并通過(guò)血影蛋白四聚體（spectrin tetramers）連接。這種膜相關(guān)周期性骨架（MPS）對多種神經(jīng)元功能至關(guān)重要。
在這項最新研究中，研究團隊采用活細胞結構光照明顯微鏡（structured illumination microscopy，SIM）探究膜相關(guān)周期性骨架（MPS）的動(dòng)態(tài)特征及其對神經(jīng)元核心功能的貢獻機制。研究發(fā)現，MPS 普遍存在動(dòng)態(tài)行為特征：即使外界無(wú)刺激條件下，其特定區域仍會(huì )自發(fā)經(jīng)歷持續性的解體重組循環(huán)。為解析動(dòng)態(tài)調控機制，研究團隊通過(guò)多維度胞內信號通路研究，最終揭示了 MPS 重塑是由鈣信號激活觸發(fā)的酶促反應級聯(lián)所驅動(dòng)。
具體而言，鈣離子（Ca2+）內流會(huì )激活蛋白激酶C（PKC），引發(fā)肌動(dòng)蛋白封端蛋白（內收蛋白）的磷酸化，從而降低肌動(dòng)蛋白環(huán)的穩定性并促進(jìn) MPS 解體。同時(shí)，鈣離子可激活鈣蛋白酶（calpain）介導血影蛋白降解。肌動(dòng)蛋白聚合調控因子（成蛋白，Formin）通過(guò)取代肌動(dòng)蛋白環(huán)上的內收蛋白參與動(dòng)態(tài)調控，進(jìn)一步促進(jìn) MPS 結構解聚。該研究發(fā)現，神經(jīng)元活動(dòng)可增強 MPS 動(dòng)態(tài)性，且功能層面上 MPS 動(dòng)態(tài)顯著(zhù)促進(jìn)軸突內吞作用。這些結果表明，MPS 的存在可能抑制需要膜接觸或形變的細胞活動(dòng)，因此必須通過(guò)臨時(shí)性局部解體的方式為這類(lèi)過(guò)程提供空間，同時(shí)又不影響其執行其他功能的能力。
總的來(lái)說(shuō)，該研究研究揭示了膜相關(guān)周期性骨架（MPS）的動(dòng)態(tài)本質(zhì)：在看似穩定的結構框架下，其持續經(jīng)歷著(zhù)反復的局部分解與重構過(guò)程。MPS 動(dòng)態(tài)特性由鈣信號驅動(dòng)，通過(guò)激活多信號通路協(xié)同作用的級聯(lián)反應實(shí)現。這種動(dòng)態(tài)特性不僅促進(jìn)內吞作用，還可能支撐其他需膜接觸或形變的生理過(guò)程。此外，MPS 動(dòng)態(tài)還可通過(guò)調控膜受體分布來(lái)影響膜信號傳導。目前，關(guān)于MPS重塑與神經(jīng)元活動(dòng)間的互作機制，仍是亟待解決的重要科學(xué)問(wèn)題。
論文鏈接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adn6712
合作咨詢(xún)
肖女士
021-33392297
Kelly.Xiao@imsinoexpo.com
2006-2025 上海博華國際展覽有限公司版權所有（保留一切權利）
滬ICP備05034851號-57
