Adv Sci：北大周专/张泉峰/张哲报道调控囊泡和神经递质分泌新机制

2022年7月28日，北京大学IDG麦戈文脑科学研究所、未来技术学院分子医学研究所、北大-清华生命科学联合中心、生物膜国家重点实验室周专实验室，与北京大学生命科学学院张哲课题组合作，在《Advanced Science》在线发表题为“Tuning the Size of Large Dense-Core Vesicles and Quantal Neurotransmitter Release via Secretogranin II Liquid-Liquid Phase Separation”的研究论文，报道了致密核心囊泡（large dense-core vesicle，LDCV）中的基质蛋白Secretogranin II（SgII）通过形成液-液相分离而影响LDCV的大小/体积，继而调节神经递质量子化分泌的分子机制。

神经系统中主要有两类囊泡：突触小囊泡（small synaptic vesicle, SSV）和致密核心囊泡（LDCV）参与受控分泌过程。SSV集中在神经元突触前，直径约30~50 nm，主要储存经典小分子神经递质，例如谷氨酸、乙酰胆碱、GABA，在动作电位到来时在突触前膜分泌，介导神经活动由突触前向突触后传递。相比于SSV，LDCV主要储存蛋白质、神经肽等大分子递质，并拥有独特的形态特征，主要表现在其较大的体积（直径在100-500 nm）及电镜下呈现电子致密的内部结构。LDCV在人体的诸多生理过程中发挥着重要作用，但影响LDCV体积的具体分子机制却仍未可知。

该文使用经典的神经内分泌细胞模型（肾上腺嗜铬细胞）作为研究对象，采用电化学微碳纤维电极（CFE）及全内反射荧光显微镜（TIRF）发现在SgII敲低后LDCV中神经递质的量子化分泌发生了显著降低；同时通过光电联透射电子显微镜（CLEM）发现LDCV量子化分泌的降低是由于SgII敲低的嗜铬细胞中LDCV体积变小导致；接下来，课题组通过体外纯化的方法表明SgII具有pH依赖的多聚化行为，且其高聚体可以被Ca2+诱导发生液-液相分离（LLPS）。而后，发现可以通过截断SgII或引入与SgII可以发生相互作用的分子Secretogranin III（SgIII）来调节SgII LLPS的程度，并且不同程度的LLPS将直接影响嗜铬细胞中LDCV的体积及量子化分泌的大小。由此，课题组从分子及细胞层面，阐释了基质蛋白SgII是如何通过pH、Ca2+依赖的自身聚集形成液-液相分离，从而调控细胞内LDCV的体积及神经递质的量子化分泌。

该工作由北京大学周专实验室的林兆晗（未来技术学院19级博士生）、李映林（未来技术学院17级博士生）以及杭雨奇（前沿交叉学科研究院18级博士生）为共同第一作者；北京大学周专教授、北京大学张泉峰博士后（现为上海交通大学Bio-X研究院长聘教轨副教授）、北京大学张哲研究员为共同通讯作者。

原文链接

课题组介绍

周专

北京大学未来技术学院教授

北京大学IDG麦戈文脑科学研究所PI

北大-清华生命科学联合中心PI

研究领域

细胞的分泌是细胞最基本的一个功能。细胞内钙离子的升高将引起神经递质和激素的分泌。我们研究分泌的分子和细胞机制，以及多巴胺分泌生理学及其与神经退行性疾病的关系。使用膜片钳、膜电容、微碳纤电极以及共聚焦、多光子荧光显微成像在活体（in vivo）、组织（brain slices）、单细胞水平测量检测量子化神经递质、激素(特别是儿茶酚胺类)分泌信号。