中國科學技術大學教授畢國強團隊歷經15年持續攻關，基于自主研發的毫秒級時間分辨冷凍電鏡技術，成功捕捉到突觸囊泡釋放與快速回收的完整動態過程，并提出全新“親吻-收縮-逃逸/融合”模型，解決了神經科學領域長達半個世紀的關鍵爭議。這一突破揭示了大腦高效傳遞信息的“微觀密碼”，為相關腦疾病的機理研究提供了新視角。10月17日，相關研究成果發表于《科學》。審稿人高度評價該成果，稱“這是一項卓越的研究，提供了富有洞察力的視角”。
畢國強團隊聯合國內外多個團隊開發出具有毫秒時間分辨的原位冷凍電鏡技術。他們創新性地將光遺傳學刺激與投入式快速冷凍方法相結合，實現了對神經元突觸傳遞過程的毫秒級“動態定格”。
在具體實驗中，研究人員在神經元中表達光敏蛋白，通過激光精準激發動作電位，觸發突觸囊泡釋放。隨后，載有樣品的電鏡載網在設定時間內快速落入冷凍劑，將細胞瞬間固定。通過精確控制光照與冷凍的時間間隔，團隊得以在囊泡釋放的不同階段——從4毫秒到300毫秒之間捕獲其結構快照。
基于上千套高分辨率三維結構數據的系統分析，團隊發現，囊泡釋放與快速回收是一個可分為3個階段的動態過程：囊泡首先與突觸前膜形成納米級融合孔（“親吻”），隨后迅速收縮為表面積減半的小囊泡（“收縮”），最終大部分囊泡以“逃逸”方式回收，少數發生“全融合”。“這個中間收縮是關鍵，為神經突觸實現高效、高保真信號傳遞奠定了結構基礎。”畢國強解釋道。
這一成果為深入理解神經信息加工以及相關腦功能和疾病機理提供了全新視角。同時，時間分辨冷凍電鏡技術的研發為研究細胞內其他快速生命過程，如病毒入侵、細胞分泌等提供了創新方法平臺。
相關論文信息：
https://doi.org/10.1126/science.ads7954
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