一个研究小组开发了SynapShot，这是一种实时观察突触形成和改变的新技术。这一突破允许实时监测神经元突触的变化，有望改变神经学研究，增强对大脑功能的理解。来源:SciTechDaily.com

　　SynapShot，由一家国际公司开发一个研究小组，通过实时观察大脑突触变化，标志着神经科学的重大进步。

　　人类大脑包含大约860亿个神经元和600万亿个突触，这些突触在神经元之间交换信号，帮助我们控制大脑的各种功能，包括认知、情感和记忆。有趣的是，突触的数量会随着年龄增长或阿尔茨海默氏症等疾病而减少，因此对突触的研究吸引了很多关注。然而，在实时观察突触结构的动态方面存在局限性。

　　图1所示。为了观察突触的动态变化，表达二聚化依赖性荧光蛋白(ddFP)来观察突触形成时的荧光信号，因为ddFP通过可逆结合到突触前和突触后末端来进行荧光检测。来源:KAIST光遗传学和RNA治疗实验室

　　突触观察的突破

　　韩国科学技术院(KAIST)生命科学系教授许元道(音)和约翰霍普金斯大学医学院教授权亨培(音)、基础科学研究所教授李相奎(音)共同研究小组8日表示，在世界上首次开发出了可以实时观察突触形成、消失、变化的技术。

　　许教授组为了实时观察突触之间建立连接的过程，将二聚化依赖荧光蛋白(ddFP)结合到突触上。该团队将“突触”(synapse)和“快照”(snapshot)这两个词结合在一起，将这项技术命名为“突触拍摄”(SynapShot)，并成功地跟踪和观察了突触的形成和消失过程，以及它们的动态变化。

　　图2。通过培养实验大鼠神经元并表达SynapShot，观察突触传感器(SynapShot)荧光变化的显微照片。突触前和突触后末端接触时产生的突触变化，以及一段时间后消失的突触，都是通过SynapShot的荧光来测量的。来源:KAIST光遗传学和RNA治疗实验室

　　SynapShot的增强和应用

　　许教授组和IBS李尚奎教授组通过共同研究项目，设计了具有绿色和红色荧光的SynapShot，可以很容易地区分连接两个不同神经元的突触。此外，通过结合光遗传学技术，可以利用光控制分子的功能，该团队能够观察突触的变化，同时利用光诱导神经元的某些功能。

　　图3。同时使用green-SynapShot和red-SynapShot来区分和观察具有一个后端和不同前端的突触。来源:KAIST光遗传学和RNA治疗实验室

　　许教授组与美国约翰霍普金斯大学医学院权亨培教授组共同研究，在活体小鼠上诱导了视觉辨别训练、运动、麻醉等多种情况，并利用SynapShot实时观察了每种情况下突触的变化。观察结果显示，每个突触都可以相当快速和动态地变化。这是第一次在活的哺乳动物身上观察到突触的变化。

　　图4。二聚体依赖荧光蛋白(Dimer-dependent fluorescent protein, ddFP)是一种绿色荧光蛋白和红色荧光蛋白，可与蓝光激活光遗传技术共同应用。利用光遗传学技术在蓝光下激活原肌球蛋白受体激酶B (TrkB)后，利用red-SynapShot观察脑源性神经营养因子信号对突触连接的增强。来源:KAIST光遗传学和RNA治疗实验室

　　有限公司结论和未来展望

　　许教授表示:“通过与国内外研究团队的合作，开发出了SynapShot，可以直接观察突触的快速动态变化，这是以前很难做到的。”我们希望这项技术能够彻底改变神经学领域的研究方法，并在照亮脑科学的未来方面发挥重要作用。”

　　图5。使用双光子显微镜和细胞水平的活体成像技术，通过视觉训练显示小鼠视觉皮层中突触的实时变化。来源:KAIST光遗传学和RNA治疗实验室

　　由共同第一作者孙承圭(博士研究生)、李金秀(博士研究生)、郑康勋博士共同完成的这项研究，以“活体活细胞突触结构动力学的实时可视化”为题，发表在1月8日出版的《自然方法》网络版上，并将刊登在2月刊上。

　　参考文献:“活体细胞突触结构动力学的实时可视化”，作者:Seungkyu Son, Kenichiro Nagahama, Jinsu Lee, Kanghoon Jung, Chuljung Kwak, Jihoon Kim, Young Woo Noh, Eunjoon Kim, Sangkyu Lee, Hyung-Bae Kwon和Won Do Heo, 2024年1月8日，Nature MethodsDOI: 10.1038 / s41592 - 023 - 02122 - 4

　　这项研究得到了KAIST中型研究基金和奇点项目以及IBS的支持。

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