張明杰院士Cell發布重要研究發現

　　我們大腦中的所有神經元都是通過突觸這一微米級的連接部件連接在一起，每個突觸都包含一層緊密包裝、富含蛋白質的隔室——突觸后密集區（postsynaptic density,PSD），PSD負責大腦信號處理和傳遞。PSD蛋白編碼基因突變是包括自閉癥、精神分裂癥和智障（ID）在內的一些精神疾病的主要原因。盡管60年前科學家們就已經知道PSDs的存在， 對于PSDs響應腦活動形成和改變的機制卻知之甚少。

　　PSD中存在兩種豐富的蛋白：SynGAP和PSD-95，當它們突變時已知可引起自閉癥。在近期的一項研究中，來自香港科技大學(HKUST)的科學家們發現，SynGAP和PSD-95可以在試管和活細胞中形成一種自主組裝的網絡結構。最令人驚訝地是，SynGAP/PSD-95組裝體可通過一種叫做相變（phase -transition）的現象在活細胞水狀細胞質中形成穩定的“油樣”液滴。這一研究發現為腦科學領域長期存在的有關PSD形成的問題提供了一個可能的答 案。重要地是，該研究小組還發現在自閉癥患者中發現的SynGAP或PSD-95缺陷改變了這一復合物“油樣”液滴的形成以及神經元的突觸信號活性。

　　他們的研究發布在8月25日的《細胞》（Cell）雜志上。

　　領導這項研究的是香港科技大學張明杰（Mingjie Zhang）教授，他的研究方向是神經細胞訊號傳導及神經發育的結構生物學和生物化學機理，曾取得了一系列成果，對于治療神經系統衰退的疾病，如中風及老年癡呆癥等，有著極為重要的影響。2011年當選為中科院院士。

　　2011年，張明杰教授領導研究團隊在Cell及molecular cell雜志上發表了兩篇研究論文。在Cell文章中研究人員解析了其中的PDZ5和PDZ4之間的相互作用及這種作用所產生的作用，這對于進一步研究分 析INAD蛋白，以及相應的氧化還原作用具有重要的意義。在molecular cell文章中，他們揭示了Par3/mInsc/LGN 和NuMA/LGN/Gαi復合體在細胞不對稱分裂中連續及部分重疊的功能。這一研究發現為研究人員更深入地了解細胞不對稱分裂機制提供了新的研究數據。

　　2014年，香港科技大學的張明杰研究團隊讓小鼠myosin-1c與無鈣的鈣調蛋白結合，獲得了完整尾部復合體的晶體結構，并由此揭示了鈣調蛋白 調控肌球蛋白的分子機制。這一成果發表在12月的Nature Structural & Molecular Biology雜志上。

　　2016年3月，張明杰院士在Nature Reviews Neuroscience雜志上發表了一篇綜述文章，概述了MAGUK介導的突觸蛋白質復合物形成及調控，將焦點放在了近期一些生物化學和結構研究的新發 現上。這些機制研究表明，蛋白質磷酸化往往直接調控了MAGUK組織的復合物形成，表明了神經元活動與突觸中動態蛋白質組裝之間的密切聯系。

　　張明杰教授說：“眾所周知，SynGAP和PSD-95在學習和記憶中起作用，它們突變與自閉癥和癲癇一類的疾病有關聯，但對于這兩種蛋白執行它們 功能的確切機制卻不是很清楚。我們通過一種多層面方法研究了SynGAP/PSD-95復合體，獲得了一個意外的研究發現： 活細胞可以‘借用’一個非常基本的現象——相變來將不同的功能部件置于特異的細胞位點。每個人都在我們的日常生活中看到過相變。液態水變成冰就是一種相變 形式。活細胞可以選擇性地‘挑揀’某些蛋白或核酸經歷相變，形成一種非膜封閉的細胞區室，由此可以調控它們的生理功能。”

　　論文的第一作者、張明杰教授實驗室博士生Menglong Zeng說：“我們的研究還認識了改變SynGAP/PSD-95互作的突變可以促成包括癲癇、自閉癥和智障在內的各種腦功能障礙的原因，這一系列的疾病 均沒有治療方法。我們相信，我們的研究發現還將啟發一些新途徑，為這些對于人類社會而言破壞性的疾病開發出治療方法。”

　　張明杰教授說：“這項研究還只是開始梳理了其他蛋白共同促成PSD形成和腦活動依賴性改變的機制。我們還希望爭取闡明其他的突觸，例如神經元/肌肉連接是否也采用了這種相變策略來構建它們的PSDs。”