光刺激誘導神經纖維走向

Posted on 2016/09/14 in 動物組織器官, 新知, 生命科學, 科技報導 with 尚無留言 2,061 views

光刺激誘導神經纖維走向(Light stimulus helps direct neuron growth)
國立臺灣大學生命科學系范姜文榮編譯/國立臺灣師範大學生命科學系李冠群教授責任編輯

細胞質內鈣離子濃度平常雖維持低濃度，但若對細胞予以刺激，則鈣離子自細胞外流入，或細胞中內質網(endoplasmic reticulum)釋放鈣離子，導致細胞質鈣離子濃度短暫上升。這些鈣離子訊息控制各種細胞機能，不同來源的鈣離子訊息，會引發不同的細胞反應。

例如，建構神經迴路時，神經纖維的伸長，需不斷轉向至正確方位，才能到達最終目的地。神經纖維走向受到細胞外鈣離子流入的驅使、及內質網釋出鈣離子所吸引。如圖1a所示，在神經纖維的單側，若自內質網釋出鈣離子，僅在鈣離子釋出端的膜小胞(membrane vesicles)被輸送至前端，促使神經纖維轉向至鈣離子釋出端。

但對於細胞本身如何辨識鈣離子來源差異，誘發適當的反應機轉，仍不甚瞭解。因此，日本理化學研究所的研究團隊，大規模解析從內質網到細胞質的鈣離子通道(Ca²⁺ Channel)結合蛋白質，發現肌凝蛋白Va(myosin-Va)是偵測內質網釋出鈣離子之分子。肌凝蛋白Va將膜小胞結合在內質網表面，但當鈣離子通道釋出鈣離子，肌凝蛋白Va就會自鈣離子通道解離，使膜小胞運送至神經纖維前端，藉此促使神經纖維轉向(圖1b)。

研究團隊根據內質網離子通道的胺基酸序列，設計能促使鈣離子通道及肌凝蛋白Va之間鍵結解離的胜肽(peptide)；並且藉由光照射使結構產生變化的氨基酸插入胜肽內技術，開發出光照前的非活化型胜肽，光照後促使肌凝蛋白Va解離的胜肽。經由對已注入光活性胜肽的神經纖維單側予以光照，發現僅在光照部位會增加輸送至神經纖維前端的膜小胞，使神經纖維轉向至光照端。

由以上研究結果，研究團隊證實神經細胞辨識鈣離子供應來源的分子機轉，並根據此機轉開發出能人工控制膜小胞輸送及神經纖維誘導的新工具。

人工控制神經纖維的伸長，是修復腦脊隨損傷所造成神經迴路斷裂之必要醫療技術。細胞藉由「膜小胞輸送」機制，將活性分子供應至特定位置。「膜小胞輸送」不僅在神經纖維的伸長或誘導，也對於突觸訊息傳遞，甚至癌細胞轉移等各種疾病的細胞機能，扮演重要的角色。該研究藉由光照操作在細胞機能扮演重要角色的「膜小胞輸送」，未來不僅有希望應用於神經迴路修復，甚至各種醫學領域。該研究成果2016年5月刊載於科學期刊「Cell Reports」。

名詞解釋