马克斯·普朗克学会 在神经元中，树突分支点形成蛋白质长距离运输的瓶颈
膜蛋白(蓝色)比可溶性细胞质蛋白(红色)更能有效到达末梢树突部位
学分:马克斯·普朗克大脑研究所/ J
库尔 蛋白质是学习和记忆的基本物质
然而，虽然记忆可以持续一生，但蛋白质是相对短暂的分子，需要每隔几天补充一次
这给大脑中超过850亿个神经元带来了巨大的逻辑挑战:数十亿个蛋白质需要连续生产、运输、处理并安装在细胞的正确位置
马克斯·普朗克大脑研究所的科学家们现在已经解决了蛋白质运输系统中的一个瓶颈——树突分支点
他们发现蛋白质的表面扩散比细胞质扩散更有效地将蛋白质提供给远端树突位点
“神经元的树突树状结构是进化增加神经元之间相互作用复杂性的迷人特征之一
然而，领导这项研究的马克斯·普朗克大脑研究所研究小组负责人Tatjana Tchumatchenko说，更复杂的树突乔木也增加了向神经元的每个部分提供蛋白质的后勤任务的难度
神经元分布成千上万种不同的蛋白质，这是维持树突乔木突触功能和可塑性所必需的
然而，大多数蛋白质是在离远侧突触几百微米的地方，在胞体(其细胞体)中合成的
蛋白质如何到达远端位点？“在这项研究中，我们关注的是与自由扩散相对应的被动蛋白质转运
与通过分子马达的主动运输相反，扩散在能量上是便宜的
然而，也有不利的一面:被动运输是缓慢且无方向性的，”Tchumatchenko小组的研究生法比奥·萨尔托里解释说，他也是这项新研究的主要作者
表面扩散更有效 蛋白质遇到树突分支点会怎样？分支点就像交通的十字路口，有些蛋白质会右转，有些会左转
汽车过马路会成为交通瓶颈
同样，蛋白质在途中遇到的分支点越多，下游的总蛋白质数量就越少
因此，一个神经元需要产生更多的蛋白质来维持远侧突触的最小蛋白质数量
“我们使用了合作者提供的实验数据，并开发了一个新的计算框架来比较两类蛋白质，基于它们的“运输介质”:扩散在细胞质中的可溶性蛋白质和膜蛋白，”Sartori说
“有趣的是，我们发现在向下游位置提供蛋白质方面，表面扩散比细胞质扩散平均有效35%
每种蛋白质在扩散时都有一个典型的距离，这就是它的扩散长度
该值越高，到达远端树突的蛋白质越多
如果树突分支的半径很大，那么它可以携带更多的蛋白质
树突的宽度(或半径)和蛋白质可以移动的距离这两个因素的结合，决定了神经元需要产生多少蛋白质来供应所有突触
Sartori和他的同事发现，通过优化树突半径，神经元可以减少蛋白质总数，从而将蛋白质合成成本降低几个数量级
“我们的结果表明，神经元树突形态在塑造神经元功能中起着关键作用，并反映了优化策略和蛋白质转运带来的限制，”丘马琴科总结道
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