沃的研究所

這是一檔關注“生命科學行業(yè)變化”的專題欄目。我們將從合作伙伴入手，每一期研究和解讀一家科研機構或科研課題組、實驗室的背后故事、相關方法論、使用的工具等等，幫助科研從業(yè)者獲得啟發(fā)和思考。

本期【沃的研究所】對話主人公：
吳顥瑋，張明杰院士團隊成員，香港科技大學分子神經科學國家重點實驗室博士畢業(yè)生，Phosphorylation-dependent membraneless organelle fusion and fission illustrated by postsynaptic density condensates 共同第一作者。

近年來，真核細胞中的無膜細胞器的功能被廣泛關注，然而，迄今為止，無膜細胞器的融合和裂分是否可以被調控，又是怎樣被調控的依然未知。

針對這一疑問，張明杰院士團隊以突觸后致密區(qū)（PSD）為平臺對無膜細胞器的融合和裂分的調控進行研究，并于2024年1月18日在 Molecular Cell 發(fā)表題為 Phosphorylation-dependent membraneless organelle fusion and fission illustrated by postsynaptic density condensates 的研究論文，提示了SAPAP磷酸化調控PSD core和 PSD pallium 兩個無膜細胞器的融合和分離的分子機制。

本期【沃的研究所】，我們有幸邀請到這篇文章的第一作者之一的吳顥瑋博士進行對話，除了深入了解一下顥瑋博士的最新研究成果，也想聽她說說在神經科學領域top級別的戰(zhàn)略科學家團隊里做科研是怎樣的一種體驗。

我們了解到張院士團隊一直都聚焦在突觸中相分離的研究，而且早在8年前就首次發(fā)現了PSD蛋白質復合體相分離現象，這對許多神經系統疾病的發(fā)病機理還是提供了非常重要的理論依據�？梢哉務勥@次的課題又是在怎樣的基礎上開展的嗎？
是的，我們實驗室一直致力于研究PSD的可塑性。但是PSD體積小，只有在電鏡下才能夠看到PSD的結構，這使得PSD的可塑性研究開展的十分困難。

在2018年的時候，我們實驗室在體外重構了PSD，這給了我們一個可以在體外研究PSD可塑性的平臺。以這個平臺為基礎，我們開展了一系列的關于PSD中蛋白的功能的研究，例如Arc, Homer, SAPAP等等。

在我們對SAPAP的功能進行研究的時候意外的發(fā)現它對PSD聚集體具有調節(jié)作用，在無膜細胞器領域，對于無膜細胞器的融合和裂分是如何被調控的還知之甚少，因此我們想到了以PSD為平臺對無膜細胞器的融合和裂分的調控進行研究。

這讓我們聯想到了PSD中，PSD core 和 PSD pallium的融合和裂分。

那可以簡單介紹一下這篇文章的研究成果嗎？
我們發(fā)現在體外重構的PSD中, 重構的PSD core 和 PSD pallium之間的融合和裂分可以通過SAPAP的磷酸化調控。

當在體外重構的PSD中加入沒有磷酸化的SAPAP后，PSD會自發(fā)的形成兩個相互分離的聚集體。而在加入磷酸化的SAPAP之后，兩個相互分離的聚集體則會融合到一起。
而且在小鼠中，我們發(fā)現SAPAP的磷酸化可以調控PSD core 和 PSD pallium之間的距離。
 

SAPAP磷酸化調控PSD的融合和分離

支架蛋白有非常多的種類，您剛剛所提到的SAPAP這個蛋白特殊在哪里呢？
我們長期關注突觸中的支架蛋白。我們對于SAPAP的研究也已經持續(xù)了十年以上。

我們之前的研究就發(fā)現SAPAP的磷酸化會導致其和上游蛋白PSD-95之間的相互作用增強100倍，這意味著SAPAP的磷酸化有著重要的生理功能。

而且SAPAP在體內的PSD中位于PSD core和PSD pallium的交界處，這使得它的改變可能導致PSD core和PSD pallium之間的結構變化。

剛剛有提到您所在的科研團隊其實在很早之前就已經開始相關的課題研究，那在這次的研究過程中有沒有碰到過什么難點？又是如何解決的呢？
在對小鼠腦片中PSD core和 PSD pallium的距離進行測量的時候，我們用到了STORM技術，需要對小鼠腦片進行免疫染色。然而，PSD的結構非常的致密，導致我們在對PSD中的支架蛋白進行免疫染色的時候遇到了困難。

最后通過和我們的合作者的討論以及不斷地嘗試，減少腦片的固定時間和厚度解決了問題。

在這篇文章中您主要用到的實驗技術有哪些？可以跟我們簡單介紹下您的研究方法或者研究工具嗎？
主要應用了ITC，minidawn的技術對SAPAP和它的上游蛋白PSD-95之間的相互作用進行了研究，應用共聚焦顯微鏡對相變的過程進行觀察，應用原代神經元培養(yǎng)對SAPAP在神經元中的功能進行了研究，應用STORM技術對小鼠腦片中的PSD core和PSD pallium 之間的距離進行了測量。

在進行小鼠大腦切片時，我們使用了RWD的冰凍切片機，它穩(wěn)定的控溫能力為我們能夠切出5μm的腦片做出了很大的貢獻。
 

顥瑋博士所在實驗室的瑞沃德冷凍切片機

非常感謝老師對瑞沃德冰凍切片機的的認可，很好奇老師為什么會選擇了瑞沃德冰凍切片機產品呢？
其實我們之前也沒有接觸過其他品牌的冰凍切片機，基于對于RWD的信任，2022年我們實驗室添置第一臺冷凍切片機就選擇了RWD。

使用過之后發(fā)現RWD冰凍切片機的溫度保持還比較穩(wěn)定，溫度調控也比較快，而且售后的響應速度也及時，希望未來的工作中可以有機會使用到更多的優(yōu)秀的RWD產品。
 

瑞沃德組織病理切片方案
 

我們會持續(xù)精進，希望能在未來為老師的研究提供更多的助力！回到這次的研究中，就您目前研究結果來看，您覺得未來還有哪些重要的問題值得繼續(xù)探討呢？
在這篇文章中我們闡釋了SAPAP磷酸化對于無膜細胞器PSD core和 PSD pallium 融合和裂分的影響。未來，我們將進一步對SAPAP磷酸化對于小鼠行為的影響以及無膜細胞器融合和分離的其他調控機制進行研究。

早有聽聞您的導師張明杰院士是生命科學領域了不起的風云人物，不僅在權威期刊發(fā)表過150篇高質量論文，其中多篇在《Cell》、《Science》等頂級雜志上發(fā)表，而且他培育的多名學生已在世界各地擁有了獨立科研隊伍�？梢院臀覀冋務剰堅菏吭谀�的科研生涯中給您帶來了什么樣的影響嗎？在這樣的團隊里做科研是怎樣的一種體驗呢？
我大學畢業(yè)之后就進入到了張明杰院士的實驗室學習，一直從事的是神經元的突觸可塑性相關的研究。

在我的博士學習中，我的導師張明杰院士給了我很大的幫助，他總是與我們團隊里每一個學生一起討論各自的課題，解決課題中遇到的每一個困難，我覺得是非常難能可貴的。

在討論中，張老師敏銳的思維，對領域的深刻理解經常讓我們的課題絕處逢生。張老師也為我們建立了一個溫暖而又有著濃厚科研氛圍的實驗室。我和我的同學們每天都會相互討論最近實驗中的新發(fā)現和遇到的新困難，互相學習不同的技術，這為我們課題的推進提供了很大的幫助。

除了我的導師張老師，我的師兄陳旭棟也一直與我并肩作戰(zhàn)。我們的合作者華中科技大學魯友明團隊的同學們也與我們一起不斷地嘗試解決。

“溫暖而有著濃厚科研氛圍的實驗室”，這是顥瑋老師對他們團隊的評價。

我們常說實驗室是冰冷的，那里有冷冰冰的儀器，有算不完的數據，還有不知道推翻了多少次還得重來的“search”�？蒲挟斎徊皇翘雇荆瑢嶒炇译m然是記錄科研人淚水與汗水的小小世界，但它也是師生朋輩相互學習的科研搖籃。

我們相信，只要對科研初心如磐、堅持篤定，與團隊相互扶持，自有無限可能。

行穩(wěn)致遠，進而有為，瑞沃德祝愿顥瑋博士在追逐學術夢想的道路上一切順利，成果豐碩！也祝愿張明杰院士團隊創(chuàng)新不斷，科學探索之路更上一層樓！

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