神经元轴突起始端和小胶质细胞之间的结构及功能研究

Recently, evidence indicates that neurons are controlled by many types of glia cells, especially microglia. Studies show that axon initial segment (AIS) can interact together with microglia in the brain by confocal imaging experiment. This interaction may underlie the functional connection between neurons and microglia. However, because of the limit of traditional biology experiments, the exact structure relation between neurons and microglia remains determined. Here I propose to investigate the following three projects by using different types of experiments, including super-resolution fluorescence imaging, biochemistry, mass spectrum, electrophysiology. 1) Microglia morphology often changes, but the underlying structural mechanism is obscure. Here we will study the nanoscale structure of cytoskeleton of microglia in the brain; 2) We will investigate the nanoscale structure between AIS and microglia and its relation to the function connection between neurons and microglia in physiological condition; 3) We will further investigate the nanoscale structure between AIS and microglia and its relation to the function connection between neurons and microglia in pathological conditions.

近年来，越来越多的证据显示神经元受到神经系统另外一种胶质细胞，就是小胶质细胞的调控。研究表明神经元尤其是轴突起始端和小胶质细胞之间紧密结合，这样有可能是神经元和小胶质细胞的相互作用的结构基础。但由于以往实验手段的一些限制，小胶质细胞和轴突起始端的精确结构并不是很清楚。本人将结合超高分辨率荧光显微镜、生化实验、质谱、电生理实验去研究以下三个课题。1）小胶质细胞形态具有灵活多变的特性，但其细胞骨架并不是很清楚。因此第一个课题将研究小胶质细胞的骨架结构；2）研究在生理情况下小胶质细胞和轴突起始端的精确结构以及这些结构和小胶质细胞和神经元之间功能联系的相关性；3）研究在病理情况下小胶质细胞和轴突起始端的精确结构以及这些结构和小胶质细胞和神经元之间功能联系的相关性。

微丝骨架是细胞的重要组成部分，参与了多种生命活动。由于实验手段的限制，多种细胞骨架的精细结构并不是很清楚。例如在神经系统中，小胶质细胞和轴突起始段的细胞骨架结构；在耳蜗中，毛细胞表皮板和纤毛中的骨架结构都不是很清楚。本课题结合超高分辨率荧光显微镜对小胶质细胞和耳蜗毛细胞的表皮板中的骨架结构进行研究；研究生理、病理情况下小胶质细胞和轴突起始段的结构以及这些结构和小胶质细胞和神经元之间功能的相关性；研究耳蜗毛细胞表皮板中骨架蛋白的精细结构；研究耳蜗毛细胞表皮板中这些精细结构与听力发育的相关性。本研究通过超高分辨显微观察发现，微丝骨架在毛细胞表皮板中呈现环状分布，血影蛋白也呈现环状分布。同时观察后发现微丝骨架在外、血影蛋白在内共同在表皮板中呈现套嵌的环状分布，微丝于环状中心聚集的点状结构直接连接了静纤毛的微丝。通过对血影蛋白突变体小鼠和不同年龄段的小鼠耳蜗毛细胞的观察和听力的检测实验，发现血影蛋白在表皮板中的环状分布与小鼠听力的发育具有相关性。本研究首次发现了微丝骨架、血影蛋白等重要骨架蛋白在毛细胞表皮板中排布的精细结构，并进一步验证了这种精细结构在小鼠听力发育过程中发挥关键作用。这将推进我们对耳蜗毛细胞表皮板结构与功能的认知，进一步深入解析毛细胞听力损伤的生物学基础，具有重要的研究意义。