神经系统的多功能性不仅来自于神经元在电路中交流方式的多样性，还来自于它们的“可塑性”，即当需要记住新信息、电路伙伴改变或其他情况出现时，改变这些连接的能力。麻省理工学院皮考尔学习与记忆研究所(The Picower Institute for Learning and Memory of MIT)的神经科学家进行的一项新研究表明，位于神经连接或突触前沿的一种蛋白质，可以深刻地改变一些神经元的沟通和实现可塑性的方式。
tomosyn的研究小组发现,表达蛋白的主要决定因素的“突触前神经元是否发送信号来控制肌肉收缩将“阶段”,这意味着他们迅速释放大量的跨突触神经递质谷氨酸来驱动交流,或将“补药”,这意味着他们会按一定的剂量分配谷氨酸，并保留一些备用。研究表明，由于强直性神经元拥有这些储备，当突触上的受体开始衰退时，它们可以加快谷氨酸的释放，这一可塑性被称为突触前稳态电位(PHP)。相位神经元，很少或贴金麻将没有tomosyn介导的储备，不能作出类似的反应。
“如果你破坏了突触后一侧的突触，突触前神经元将认识到这一点，并产生更多的输出，以保持整体突触反应相同。这项新研究的资深作者特洛伊·利特尔顿(Troy Littleton)说，他是皮考尔研究所(the Picower Institute)和麻省理工学院生物、大脑和认知科学系的eLife和Menicon神经科学教授。“不同神经元表达这种可塑性的能力的多样性取决于它们是否正常表达这种蛋白质。”
了解Tomosyn在神经元中的作用不仅对定义突触的基本工作和可塑性机制(Littleton实验室的长期目标)很重要，而且因为人类和苍蝇一样，也会制造Tomosyn蛋白，并有补益性和阶段性神经元。
一个诱饵转移
在这项研究之前，tomosyn被认为参与了突触前神经元的“SNARE”分子机制。诱捕蛋白将谷氨酸等神经递质包或囊泡停靠在神经元的膜上，这样它们就可以通过突触释放出来。利特尔顿说，Tomosyn还被怀疑是一种酶的目标，这种酶被认为对学习、记忆和可塑性很重要。
前研究生Chad Sauvola领导了Littleton实验室的这项新研究，以确定tomosyn的确切功能。他开始研究由合著者妮可·阿蓬特-圣地亚哥(Nicole Aponte-Santiago)开始的工作，她曾是一名研究生，在她关于强直和相位神经元可塑性的研究中，对tomosyn基因进行了突变(但尚未进行测试)。
微信捕鱼当Sauvola开始记录tomosyn突变神经元的突触传递时，他发现这些突触参与了更多的谷氨酸传递，肌肉的反应也比正常情况下大得多。tomosyn突变是为了使蛋白质失效。正常tomosyn的丧失显然使谷氨酸的释放停止。值得注意的是，他可以通过交换人类tomosyn蛋白来修复突变的影响，这表明该蛋白的特性在物种间保持不变。
为了了解tomosyn的工作原理，Sauvola研究了它的结构，并发现该蛋白通过充当诱饵来隔离质膜上的SNARE蛋白，从而阻止突触泡与细胞膜对接。他在神经元的电子显微镜下证实了这一点，缺乏tomosyne的突触比存在tomosyne的突触在细胞膜上显示出50%以上的囊泡。他还故意刺激突触以鼓励谷氨酸的释放，并发现正常的tomosyn通常会抑制野生动物的活动，而突变体不能适当地抑制突触传递的数量。
一个鲜明的差别
考虑到补强和相位神经元在谷氨酸释放行为上的差异，Sauvola决定检测这些细胞类型中的tomosyn水平。较弱的强直性神经元的tomosyn是较强的相位神经元的两倍多，这表明tomosyn水平可以解释谷氨酸释放方式的差异。
为了确定tomosyn是否有如此关键的作用，Sauvola对这两种类型的神经元做了更多的刺激实验。在正常动物的刺激后，相位神经元比补强神经元释放出更多的谷氨酸，正如预期的那样。然而，在tomosyn突变体中，这两类神经元的行为相似，紧张性神经元的释放与相移性神经元的释放更为相似。
使塑性
如果tomosyn在强直性神经元中特异性地抑制了谷氨酸的囊泡释放，那么这可能可以解释为什么只有强直性神经元能够表现出PHP的可塑性。果然，当索vola破坏肌肉细胞中的谷氨酸受体来诱导PHP反应时，他发现缺乏tomosyn的强直性神经元，就像控制相位神经元一样，不能触发这种形式的可塑性。但是当他观察正常的强直性神经元的反应时，他发现一个接一个突触的谷氨酸释放大幅增加——甚至那些之前表现出很少倾向的突触似乎也获得了释放突触信号的能力。
利特尔顿说:“这真是一个我没有预料到的惊人发现。”“非常令人惊讶的是，这些脆弱的突触可以在非常短的时间内变得更加成熟。”
利特尔顿说，实验室的下一步工作之一将是弄清楚当需要PHP时，是什么分子相互作用导致tomosyn减缓刹车。未来的另一个方向是研究其他类型的神经元，特别是大脑中的神经元，看看tomosyn水平如何变化，以及这如何影响它们的突触输出。
但新的研究结果明确表明，tomosyn能够阻止小泡的SNARE结合，并导致谷氨酸释放，这使得紧张性和相位性神经元之间的神经交流方式产生了巨大的差异。
除了索沃拉、利特尔顿和阿蓬特-圣地亚哥，该论文的其他作者是尤利娅·阿克伯热诺娃(Yulia Akbergenova)和凯伦·坎宁安(Karen Cunningham)。
美国国立卫生研究院和JPB基金会为这项研究提供了资金。