Nature：突觸可塑性調(diào)控新機(jī)制——突觸囊泡的快速補(bǔ)充分子SYT3
神經(jīng)遞質(zhì)的釋放受到易于釋放的囊泡池（RRP）大小的限制，這些囊泡會(huì)被突觸活動(dòng)迅速耗盡。囊泡耗竭降低了神經(jīng)遞質(zhì)的釋放，從而降低了神經(jīng)元信號(hào)的保真度。持續(xù)的神經(jīng)元活動(dòng)需要快速補(bǔ)充突觸囊泡以維持突觸傳遞。這種囊泡的補(bǔ)充由亞微摩爾突觸前Ca2+信號(hào)加速，并由尚未鑒定的高親和力Ca2+傳感器所介導(dǎo)。
近日，美國(guó)俄勒岡健康與科學(xué)大學(xué)Vollum研究所Skyler L. Jackman研究團(tuán)隊(duì)在Nature上發(fā)表研究，確定突觸結(jié)合蛋白-3（SYT3）是突觸前高親和力Ca2+傳感器，它驅(qū)動(dòng)囊泡補(bǔ)充和短期突觸可塑性。
SYT3存在于突觸前末端
在腦干中進(jìn)行免疫標(biāo)記，發(fā)現(xiàn)SYT3在梯形體內(nèi)側(cè)核（MNTB）的花萼突觸中明顯，并與突觸囊泡（VGLUT1）和突觸前活性區(qū)（Bassoon）分子標(biāo)記物共標(biāo)[Fig.1a]。定量了SYT3從突觸前末端到突觸后細(xì)胞的熒光水平，SYT3熒光與VGLUT1重疊，但更靠近突觸間隙[Fig.1b,c]，表明SYT3集中在突觸前活性區(qū)附近。
進(jìn)一步用SYT3標(biāo)記突觸小體，發(fā)現(xiàn)與PSD-95（突觸后）相比，SYT3也于更大比例的存在于VGLUT1（突觸前）標(biāo)記突觸體中，表明更多的在突觸前富集[Fig.1f]。
Figure 1 SYT3定位于突觸前末端
SYT3是鈣依賴性恢復(fù)所必需的
接下來(lái)，研究人員對(duì)MNTB神經(jīng)元進(jìn)行了膜片鉗記錄，測(cè)量突觸處的神經(jīng)遞質(zhì)釋放。首先，敲除SYT3后不影響突觸后受體密度，初始釋放概率等基礎(chǔ)特性。但對(duì)短期可塑性的影響， Syt3 KO突觸受到抑制要比WT要強(qiáng)得多，在WT突觸中，從10-200Hz，EPSC電荷轉(zhuǎn)移幾乎線性增加，但Syt3 KO突觸中則沒(méi)有[Fig.2a-c]。表明，SYT3是高頻刺激期間維持遞質(zhì)釋放所必需的。
鈣依賴性恢復(fù)（CDR）在高頻刺激期間維持神經(jīng)遞質(zhì)釋放中起著關(guān)鍵作用，而在高頻刺激后Syt3 KO突觸的恢復(fù)速度大約比WT突觸慢兩倍[Fig.2e-g]。說(shuō)明，在花萼突觸中CDR和持續(xù)的神經(jīng)遞質(zhì)釋放需要SYT3。
Figure 2 SYT3加速花萼突觸中囊泡再補(bǔ)充
Ca2+與突觸前SYT3結(jié)合可加速突觸抑制恢復(fù)
研究人員通過(guò)腺相關(guān)病毒（AAV）載體Syt3來(lái)挽救KO小鼠突觸前Syt3表達(dá)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與WT突觸相比，SYT3陽(yáng)性突觸表現(xiàn)出突觸抑制減少并更快恢復(fù)[Fig.3a-e]。然而，Ca2+結(jié)合缺陷突變體SYT3（Syt3D/N）則未能改善突觸抑制或加突觸抑制的恢復(fù)。表明CDR需要Ca2+與突觸前SYT3相結(jié)合。
活性區(qū)的囊泡存在兩種狀態(tài)，離質(zhì)膜<2nm處囊泡被認(rèn)為是緊密對(duì)接并準(zhǔn)備釋放的，而離質(zhì)膜更遠(yuǎn)的囊泡（5–10?nm）被稱為是松散對(duì)接。為了探索SYT3如何影響突觸傳遞，研究人員構(gòu)建了一個(gè)囊泡運(yùn)輸和融合模型，通過(guò)該模型，囊泡從無(wú)限儲(chǔ)備池中被招募到松散對(duì)接狀態(tài)，然后可以可逆地過(guò)渡到緊密對(duì)接狀態(tài)。發(fā)現(xiàn)SYT3 KO影響緊密對(duì)接囊泡釋放概率的模型未能再現(xiàn)WT突觸的行為[Fig.3f,g]，表明，SYT3與殘余Ca2+結(jié)合加速囊泡對(duì)接，從而在高頻活動(dòng)期間對(duì)囊泡補(bǔ)充產(chǎn)生很大影響。
Figure 3 Ca2+與突觸前SYT3結(jié)合可加速突觸抑制的恢復(fù)
囊泡補(bǔ)充的廣泛作用
CDR在小腦Purkinje細(xì)胞上的攀爬纖維突觸中也很明顯，且SYT3在小腦分子層中豐富表達(dá)，并與VGLUT2（攀爬纖維束的標(biāo)志物）共定位[Fig.4a]。研究人員同樣進(jìn)行膜片鉗記錄，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與花萼突觸中的結(jié)果一致。
此外，也檢測(cè)了小腦苔蘚纖維至顆粒細(xì)胞末端，結(jié)果依然類似[Fig.4]。說(shuō)明，SYT3是CDR和廣泛變化釋放特性突觸中快速囊泡補(bǔ)充所必需的。
Figure 4 SYT3促進(jìn)小腦攀爬纖維從突觸抑制中恢復(fù)
總 結(jié)
本研究揭示了突觸前SYT3在維持可靠的高頻突觸傳遞中的關(guān)鍵作用。多種形式的短期可塑性可能集中在可逆的、依賴于Ca2+的囊泡對(duì)接機(jī)制上。細(xì)胞類型特異性去除Syt3可以揭示活性依賴性囊泡補(bǔ)充如何促進(jìn)神經(jīng)回路功能和神經(jīng)精神疾病。
參考文獻(xiàn)：
Weingarten, Dennis J et al. “Fast resupply of synaptic vesicles requires synaptotagmin-3.” Nature, 10.1038/s41586-022-05337-1. 19 Oct. 2022, doi:10.1038/s41586-022-05337-1
編譯作者：Young（brainnews創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)）
校審：Simon（brainnews編輯部）
