腦内多巴胺的轉運對動機，運動和情緒都起着重要的調控作用，然而不同于對谷氨酸能和GABA能突觸發育的研究，對多巴胺能突觸發育的了解還十分有限。

來自美國凱斯西儲大學的Lin Mei教授團隊，發現多巴胺神經元上的Neuregulin3與中型多棘神經元上的Caspr3發生反式相互作用，調控多巴胺能神經元上bassoon簇的發育，該研究成果近期發表在Current Biology上。

中腦多巴胺能（Dopaminergic，DA）神經元能夠投射到紋狀體的中型多棘神經元（Medium spiny neurons，MSNs)上，調控運動活動性，強化學習和動機。這種特異性的功能環路通過發育過程中突觸大量形成和随後修剪來最終形成。然而，目前對于DA功能性投射發育過程中的調控機制了解的還十分有限。

作者首先檢測了發育過程中DA投射的表達變化。因為DA神經元在紋狀體中形成密集的神經投射，這使得在體内研究它們的發育十分困難。

為此，作者使用蛋白質組放大分析（Magnified analysis of the proteome，MAP）技術，分析了發育期間腹側被蓋區（Ventral tegmental area，VTA）投射到紋狀體MSNs上DA軸突中的Bassoon (BSN) 簇（突觸前的一種多域蛋白）的表達，來反映DA投射神經元的數量。

結果顯示從P0-P10紋狀體DA神經元中的BSN簇（BSN TH ）的密度先增加然後下降，表明在發育過程中紋狀體中的DA突觸首先大量形成然後被修剪。

為了了解這個過程的内在機制，作者對影響BSN簇表達的分子進行了篩查。qRT-PCR分析顯示P3小鼠NRG3, 一種NRG家族的跨膜營養因子，的mRNA水平是P60小鼠的8倍，進一步使用patch-seq和western的方法證實了NRG3的變化；在體原位雜交結果顯示在VTA/黑質緻密部 (Substantia nigra pars compacta，SNc)區域内99%的DA神經元中都表達NRG3 mRNA，且其表達在伏隔核核部（Nucleus accumbens，NAcc）也被檢測到；與此同時，NRG3和DA軸突上BSN簇的發育時間進程幾乎重合。

合在一起，這些結果表明DA神經元中NRG3與BSN簇的表達緊密相關，而NRG3可能在DA突觸發育中起到調節作用。（Fig 1）

Fig 1 NRG3是影響DA軸突上BSN簇在關鍵期發育的重要分子

以上結果顯示NRG3和BSN簇的表達緊密相關，那麼是否NRG3的敲除會影響BSN簇的表達呢？為了探究這一問題，使用了在DA神經元中特異性敲除NRG3的小鼠---DAT-Nrg3f/f小鼠，并使用超分辨率成像的方法對NRG3敲除小鼠的DA軸突上BSN簇的表達進行檢測。

結果顯示，對照組小鼠DA軸突BSN簇的數量在P10達到峰值，在P60相對下調，而突變體小鼠在P0和P10的BSN簇數量與對照組沒有明顯區别，而在P60，DA神經元上BSN簇的數量相比于對照組明顯增加，這一結果提示NRG3不影響DA突觸的形成，而可能會參與到DA突觸的修剪。（Fig 2）

Fig 2 DAT-Nrg3f/f小鼠DA軸突上BSN簇數量增加

既然NRG3參與到DA突觸的修剪，那麼NRG3在這個過程中是如何發揮作用的呢？作者推測NRG3可能與MSNs上的跨膜蛋白發生反式相互作用來發揮作用。為了驗證這一點，将NRG3-ECD與堿性磷酸酶 (AP) (NRG3-ECD-AP) 融合作為誘餌篩查了400個跨膜蛋白文庫。

通過這種篩查方法檢測到一種新型蛋白Caspr3能夠與NRG3發生相互作用：當NRG3-ECD-AP和Caspr3-ECD-Fc重組蛋白混合時，使用抗Caspr3抗體在沉澱物中能夠檢測到NRG3-ECD，證明Caspr3與NRG3能夠發生相互作用；而從Nrg3f/f 小鼠紋狀體勻漿中也檢測到了Caspr3 的沉澱物，表明這種相互作用能夠在體内發生。

但是這種相互作用可能是發生在同一個細胞上的順式相互作用，也可能是發生在兩個細胞上的反式相互作用，為了探究這一問題，作者進一步使用了細胞聚集測定法。

結果顯示，當分别表達Caspr3（帶有綠色熒光GFP）的細胞和NRG3(帶有紅色熒光蛋白RFP)的細胞混合時，含有兩種熒光的細胞聚集物增加，提示Caspr3這種新型蛋白能夠與NRG3發生反式相互作用。（Fig 3）

Fig 3 Caspr3與NRG3發生反式相互作用

最後，作者提出是否突觸前的NRG3與突觸後Caspr3的反式相互作用能夠防止DA到MSNs的投射過度形成呢？為了探究這一問題，作者使用Caspr3-ECD來在體的破壞NRG3-Caspr3之間的相互作用。

具體來說，使用電穿孔法在P0小鼠的雙側紋狀體中導入攜帶或不攜帶Caspr3-ECD的GFP質粒，使部分小鼠紋狀體神經元上表達Caspr3-ECD，從而達到在體減少表達NRG3和Caspr3細胞聚集的目的。

結果顯示，Nrg3f/f小鼠Caspr3-ECD的表達會導緻DA神經元到MSNs上投射的增加，說明突觸前的NRG3與突觸後Caspr3反式相互作用能夠防止DA到MSNs投射的過度形成。(Fig 4)

Fig 4 破壞NRG3-Caspr3的相互作用增加DA軸突到MSNs上的BSN簇

合在一起，這些結果表明DA突觸的發育受到DA神經元中NRG3和MSNs中Caspr3的相互作用的控制，揭示了大腦環路連接過程中NRG3-Caspr3這一對新的細胞黏着分子。

參考文獻

W. Cui, N. Gao, Z. Dong, C. Shen, H. Zhang, B. Luo, P. Chen, D. Comoletti, H. Jing, H. Wang, H. Robinson, W.C. Xiong, and L. Mei. In-trans neuregulin3-Caspr3 interaction controls DA axonal bassoon cluster development. Current Biology, in press, 2021

編譯作者：晨述（brainnews創作團隊）

校審：Simon（brainnews編輯部）

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