Nature封面文章—突触研究重磅突破:科学家揭示了突触囊泡V-ATPase的工作原理

2022
11/27

+
分享
评论
神经科学临床和基础
A-
A+

模式转换的直接后果是突触囊泡电化学梯度的全或无的随机波动,这可能会在质子驱动的神经递质装载过程中引入随机性,因此可能对神经传递产生重要影响。

中文摘要

囊泡型腺苷三磷酸酶(V-ATPase)是一种与F型ATP合成酶结构相关的生电性旋转机械酶。它们水解ATP,为很多细胞过程建立电化学质子梯度。在神经元中,所有神经递质向突触囊泡中的装载都由每个突触囊泡的约一个V-ATPase分子提供能量。为了阐明这种单分子生物学过程,科学家研究了单个哺乳动物大脑V-ATP酶在单个突触囊泡中的生电质子泵。他们通过观察细菌同源物的旋转,并假设严格的ATP质子耦合,提出V-ATP酶不会在时间上连续的发挥“泵”的功能的观点。相反,他们认为V-ATP酶会随机地在三种超长寿命模式之间切换:质子泵、非活性和质子泄漏。值得注意的是,对泵活动的直接观察表明,ATP的生理相关浓度并不调节固有的泵工作的速率。ATP通过调控质子泵模式的切换概率间接影响V-ATP酶活性。相反,电化学质子梯度调节泵工作的速率以及泵的激活模式和非激活模式之间的切换。模式转换的直接后果是突触囊泡电化学梯度的全或无的随机波动,这可能会在质子驱动的神经递质装载过程中引入随机性,因此可能对神经传递产生重要影响。这项工作揭示并强调了超慢模式切换的机制和生物学重要性。

英文摘要

Vacuolar-type adenosine triphosphatases (V-ATPases)1-3 are electrogenic rotary mechanoenzymes structurally related to F-type ATP synthases4,5. They hydrolyse ATP to establish electrochemical proton gradients for a plethora of cellular processes1,3. In neurons, the loading of all neurotransmitters into synaptic vesicles is energized by about one V-ATPase molecule per synaptic vesicle6,7. To shed light on this bona fide single-molecule biological process, we investigated electrogenic proton-pumping by single mammalian-brain V-ATPases in single synaptic vesicles. Here we show that V-ATPases do not pump continuously in time, as suggested by observing the rotation of bacterial homologues8 and assuming strict ATP-proton coupling. Instead, they stochastically switch between three ultralong-lived modes: proton-pumping, inactive and proton-leaky. Notably, direct observation of pumping revealed that physiologically relevant concentrations of ATP do not regulate the intrinsic pumping rate. ATP regulates V-ATPase activity through the switching probability of the proton-pumping mode. By contrast, electrochemical proton gradients regulate the pumping rate and the switching of the pumping and inactive modes. A direct consequence of mode-switching is all-or-none stochastic fluctuations in the electrochemical gradient of synaptic vesicles that would be expected to introduce stochasticity in proton-driven secondary active loading of neurotransmitters and may thus have important implications for neurotransmission. This work reveals and emphasizes the mechanistic and biological importance of ultraslow mode-switching.

6631669503953290

78781669503953409

参考文献:Regulation of the mammalian-brain V-ATPase through ultraslow mode-switching. Nature. 2022 Nov;611(7937):827-834. doi: 10.1038/s41586-022-05472-9. Epub 2022 Nov 23.

微信视频预览查看

不感兴趣

看过了

取消

本文由“健康号”用户上传、授权发布,以上内容(含文字、图片、视频)不代表健康界立场。“健康号”系信息发布平台,仅提供信息存储服务,如有转载、侵权等任何问题,请联系健康界(jkh@hmkx.cn)处理。
关键词:
突触囊泡,ATP,研究,神经,质子驱动,神经传递

人点赞

收藏

人收藏

打赏

打赏

不感兴趣

看过了

取消

我有话说

0条评论

0/500

评论字数超出限制

表情
评论

为你推荐

推荐课程


社群

  • 第九季擂台赛官方群 加入
  • 手术室精益管理联盟 加入
  • 健康界VIP专属优惠 加入
  • 健康界药学专业社群 加入
  • 医健企业伴飞计划 加入

精彩视频

您的申请提交成功

确定 取消
5秒后自动关闭

您已认证成功

您已认证成功,可享专属会员优惠,买1年送3个月!
开通会员,资料、课程、直播、报告等海量内容免费看!

忽略 去看看
×

打赏金额

认可我就打赏我~

1元 5元 10元 20元 50元 其它

打赏

打赏作者

认可我就打赏我~

×

扫描二维码

立即打赏给Ta吧!

温馨提示:仅支持微信支付!

已收到您的咨询诉求 我们会尽快联系您

添加微信客服 快速领取解决方案 您还可以去留言您想解决的问题
去留言
立即提交