图片来自Regehr实验室。
2016年3月21日/生物谷BIOON/--我们的大脑是连通性的奇迹，充满着彼此间持续沟通的细胞。这种沟通通过突触实现。突触是被称作神经递质的化学物从一种神经元转移到另一种神经元的转接点，这种转移允许我们思考、学习和记忆。
科学家们已知这些突触经常需要获得一种强化来发送信息穿过神经元分界线。但是这种突触强化（synaptic boost）来自何处一直是个谜。
如今，在一项新的研究中，来自美国哈佛大学医学院的研究人员发现一种基因通过在一种被称作突触易化（synaptic facilitation）的现象中，增加神经递质释放，从而提供这种突触强化。他们是通过照射一种或两种光线来实现这点的。相关研究结果近期发表在Nature期刊上，论文标题为“The calcium sensor synaptotagmin 7 is required for synaptic facilitation”。
这种基因是突触结合蛋白7（synaptotagmin 7, syt7），它是一种钙离子检测器，能够动态地增加神经递质释放；每次释放延长神经元之间的沟通时间大约1秒。这些快速的释放被认为在大脑能够进行参与短期记忆、空间导航和感官知觉的计算中发挥着至关重要的作用。
取得这项发现的一个研究小组是由美国哈佛大学医学院神经生物学教授Wade Regehr实验室的博士后研究员Skyler Jackman领导的。
Jackman说，“我们确实认为大脑能够做的最重要事情之一就是改变神经元之间的连接强度。如今，我们有一种选择性地关闭突触易化的工具，因此我们能够测试一些长期持有的关于它在思考和工作记忆中重要性的观点。”
尽管突触易化是由70年前的中国生理学之父冯德培首次描述的，但是Jackman和同事们能够利用先进的之前数代科学家不能获得的实验室技术，鉴定出这种突触强化背后的工作机制。
12年前，Regehr猜测syt7可能促进这种突触强化过程：这种基因缓慢地启动，随后增加启动速度，这与神经递质的逐渐释放相符合。
大约8年前，另一个实验室的科学家构建出缺乏syt7基因的基因敲除小鼠，从而为开展实验测试Regeh的猜测作好准备。但是，当在实验室培养皿中培养时，来自这些基因敲除小鼠的神经元与其他神经元并没有表现得不同；当时的研究结果浇灭了syt7能够解释这种突触强化的希望。
1年前，Jackman采取另一种思路。他测试了从这些基因敲除小鼠体内获取而且仍然拥有完整大脑回路的脑组织中的突触连接，这一实验更好地反映神经元和突触在活动物体内如何工作。
Jackman说，“它是令人注目的，它是令人惊奇的。我们一检测这些连接，我们就观察到存在巨大的突触减少：在这些基因敲除小鼠中，突触易化完全缺乏，完全不同于它们的野生型兄弟姐妹。”
为了确信敲除syt7导致这种变化，Jackman不得不找到一种方法将syt7重新导入和恢复它的功能。他通过一种被称作光遗传学的基因操纵工具，利用光线开启和关闭神经元连接，从而成功地做到了这一点。他利用双顺反子表达---将一个光遗传蛋白和一个syt7蛋白包装在均等地感染所有神经元的单个病毒中---改进了这种技术。利用这两种技术，Jackman能够选择性地研究当将syt7重新导入神经元中会发生什么，并且可靠地测量它的影响。
Jackman迫切地利用这些技术研究大脑不同部分中的神经元以便观察这种基因是否影响杏仁核产生的恐惧感，或者海马体产生的空间导航能力，等等。
Jackman说，“我们有关于大脑如何工作的理论，但是由于没有改变大脑的方法，我们就不能真正地知道如何测试这些理论。这项研究给我们提供一种新的工具用于改变大脑功能并观察这如何影响动物行为。”（生物谷 Bioon.com）
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The calcium sensor synaptotagmin 7 is required for synaptic facilitation
Skyler L. Jackman, Josef Turecek, Justine E. Belinsky & Wade G. Regehr
It has been known for more than 70 years that synaptic strength is dynamically regulated in a use-dependent manner1. At synapses with a low initial release probability, closely spaced presynaptic action potentials can result in facilitation, a short-term form of enhancement in which each subsequent action potential evokes greater neurotransmitter release2. Facilitation can enhance neurotransmitter release considerably and can profoundly influence information transfer across synapses3, but the underlying mechanism remains a mystery. One proposed mechanism is that a specialized calcium sensor for facilitation transiently increases the probability of release2, 4, and this sensor is distinct from the fast sensors that mediate rapid neurotransmitter release. Yet such a sensor has never been identified, and its very existence has been disputed5, 6. Here we show that synaptotagmin 7 (Syt7) is a calcium sensor that is required for facilitation at several central synapses. In Syt7-knockout mice, facilitation is eliminated even though the initial probability of release and the presynaptic residual calcium signals are unaltered. Expression of wild-type Syt7 in presynaptic neurons restored facilitation, whereas expression of a mutated Syt7 with a calcium-insensitive C2A domain did not. By revealing the role of Syt7 in synaptic facilitation, these results resolve a longstanding debate about a widespread form of short-term plasticity, and will enable future studies that may lead to a deeper understanding of the functional importance of facilitation.
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