沃的研究所

這是一檔關(guān)注“生命科學(xué)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(jī)構(gòu)或科研課題組、實(shí)驗(yàn)室的背后故事、相關(guān)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(duì)話主人公：
吳顥瑋，張明杰院士團(tuán)隊(duì)成員，香港科技大學(xué)分子神經(jīng)科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(lái)，真核細(xì)胞中的無(wú)膜細(xì)胞器的功能被廣泛關(guān)注，然而，迄今為止，無(wú)膜細(xì)胞器的融合和裂分是否可以被調(diào)控，又是怎樣被調(diào)控的依然未知。

針對(duì)這一疑問(wèn)，張明杰院士團(tuán)隊(duì)以突觸后致密區(qū)（PSD）為平臺(tái)對(duì)無(wú)膜細(xì)胞器的融合和裂分的調(diào)控進(jìn)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(diào)控PSD core和 PSD pallium 兩個(gè)無(wú)膜細(xì)胞器的融合和分離的分子機(jī)制。

本期【沃的研究所】，我們有幸邀請(qǐng)到這篇文章的第一作者之一的吳顥瑋博士進(jìn)行對(duì)話，除了深入了解一下顥瑋博士的最新研究成果，也想聽(tīng)她說(shuō)說(shuō)在神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域top級(jí)別的戰(zhàn)略科學(xué)家團(tuán)隊(duì)里做科研是怎樣的一種體驗(yàn)。

我們了解到張?jiān)菏繄F(tuán)隊(duì)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(xiàn)了PSD蛋白質(zhì)復(fù)合體相分離現(xiàn)象，這對(duì)許多神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)病機(jī)理還是提供了非常重要的理論依據(jù)�？梢哉�?wù)勥@次的課題又是在怎樣的基礎(chǔ)上開(kāi)展的嗎？
是的，我們實(shí)驗(yàn)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(jié)構(gòu)，這使得PSD的可塑性研究開(kāi)展的十分困難。

在2018年的時(shí)候，我們實(shí)驗(yàn)室在體外重構(gòu)了PSD，這給了我們一個(gè)可以在體外研究PSD可塑性的平臺(tái)。以這個(gè)平臺(tái)為基礎(chǔ)，我們開(kāi)展了一系列的關(guān)于PSD中蛋白的功能的研究，例如Arc, Homer, SAPAP等等。

在我們對(duì)SAPAP的功能進(jìn)行研究的時(shí)候意外的發(fā)現(xiàn)它對(duì)PSD聚集體具有調(diào)節(jié)作用，在無(wú)膜細(xì)胞器領(lǐng)域，對(duì)于無(wú)膜細(xì)胞器的融合和裂分是如何被調(diào)控的還知之甚少，因此我們想到了以PSD為平臺(tái)對(duì)無(wú)膜細(xì)胞器的融合和裂分的調(diào)控進(jìn)行研究。

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

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

當(dāng)在體外重構(gòu)的PSD中加入沒(méi)有磷酸化的SAPAP后，PSD會(huì)自發(fā)的形成兩個(gè)相互分離的聚集體。而在加入磷酸化的SAPAP之后，兩個(gè)相互分離的聚集體則會(huì)融合到一起。
而且在小鼠中，我們發(fā)現(xiàn)SAPAP的磷酸化可以調(diào)控PSD core 和 PSD pallium之間的距離。
 

SAPAP磷酸化調(diào)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(gè)蛋白特殊在哪里呢？
我們長(zhǎng)期關(guān)注突觸中的支架蛋白。我們對(duì)于SAPAP的研究也已經(jīng)持續(xù)了十年以上。

我們之前的研究就發(fā)現(xiàn)SAPAP的磷酸化會(huì)導(dǎo)致其和上游蛋白PSD-95之間的相互作用增強(qiáng)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(nèi)的PSD中位于PSD core和PSD pallium的交界處，這使得它的改變可能導(dǎo)致PSD core和PSD pallium之間的結(jié)構(gòu)變化。

剛剛有提到您所在的科研團(tuán)隊(duì)其實(shí)在很早之前就已經(jīng)開(kāi)始相關(guān)的課題研究，那在這次的研究過(guò)程中有沒(méi)有碰到過(guò)什么難點(diǎn)？又是如何解決的呢？
在對(duì)小鼠腦片中PSD core和 PSD pallium的距離進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，我們用到了STORM技術(shù)，需要對(duì)小鼠腦片進(jìn)行免疫染色。然而，PSD的結(jié)構(gòu)非常的致密，導(dǎo)致我們?cè)趯?duì)PSD中的支架蛋白進(jìn)行免疫染色的時(shí)候遇到了困難。

最后通過(guò)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(shí)間和厚度解決了問(wèn)題。

在這篇文章中您主要用到的實(shí)驗(yàn)技術(shù)有哪些？可以跟我們簡(jiǎn)單介紹下您的研究方法或者研究工具嗎？
主要應(yīng)用了ITC，minidawn的技術(shù)對(duì)SAPAP和它的上游蛋白PSD-95之間的相互作用進(jìn)行了研究，應(yīng)用共聚焦顯微鏡對(duì)相變的過(guò)程進(jìn)行觀察，應(yīng)用原代神經(jīng)元培養(yǎng)對(duì)SAPAP在神經(jīng)元中的功能進(jìn)行了研究，應(yīng)用STORM技術(shù)對(duì)小鼠腦片中的PSD core和PSD pallium 之間的距離進(jìn)行了測(cè)量。

在進(jìn)行小鼠大腦切片時(shí)，我們使用了RWD的冰凍切片機(jī)，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(xiàn)。
 

顥瑋博士所在實(shí)驗(yàn)室的瑞沃德冷凍切片機(jī)

非常感謝老師對(duì)瑞沃德冰凍切片機(jī)的的認(rèn)可，很好奇老師為什么會(huì)選擇了瑞沃德冰凍切片機(jī)產(chǎn)品呢？
其實(shí)我們之前也沒(méi)有接觸過(guò)其他品牌的冰凍切片機(jī)，基于對(duì)于RWD的信任，2022年我們實(shí)驗(yàn)室添置第一臺(tái)冷凍切片機(jī)就選擇了RWD。

使用過(guò)之后發(fā)現(xiàn)RWD冰凍切片機(jī)的溫度保持還比較穩(wěn)定，溫度調(diào)控也比較快，而且售后的響應(yīng)速度也及時(shí)，希望未來(lái)的工作中可以有機(jī)會(huì)使用到更多的優(yōu)秀的RWD產(chǎn)品。
 

瑞沃德組織病理切片方案
 

我們會(huì)持續(xù)精進(jìn)，希望能在未來(lái)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(jié)果來(lái)看，您覺(jué)得未來(lái)還有哪些重要的問(wèn)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(duì)于無(wú)膜細(xì)胞器PSD core和 PSD pallium 融合和裂分的影響。未來(lái)，我們將進(jìn)一步對(duì)SAPAP磷酸化對(duì)于小鼠行為的影響以及無(wú)膜細(xì)胞器融合和分離的其他調(diào)控機(jī)制進(jìn)行研究。

早有聽(tīng)聞您的導(dǎo)師張明杰院士是生命科學(xué)領(lǐng)域了不起的風(fēng)云人物，不僅在權(quán)威期刊發(fā)表過(guò)150篇高質(zhì)量論文，其中多篇在《Cell》、《Science》等頂級(jí)雜志上發(fā)表，而且他培育的多名學(xué)生已在世界各地?fù)碛辛霜?dú)立科研隊(duì)伍�？梢院臀覀冋�?wù)剰堅(jiān)菏吭谀�的科研生涯中給您帶來(lái)了什么樣的影響嗎？在這樣的團(tuán)隊(duì)里做科研是怎樣的一種體驗(yàn)?zāi)兀?/span>
我大學(xué)畢業(yè)之后就進(jìn)入到了張明杰院士的實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)，一直從事的是神經(jīng)元的突觸可塑性相關(guān)的研究。

在我的博士學(xué)習(xí)中，我的導(dǎo)師張明杰院士給了我很大的幫助，他總是與我們團(tuán)隊(duì)里每一個(gè)學(xué)生一起討論各自的課題，解決課題中遇到的每一個(gè)困難，我覺(jué)得是非常難能可貴的。

在討論中，張老師敏銳的思維，對(duì)領(lǐng)域的深刻理解經(jīng)常讓我們的課題絕處逢生。張老師也為我們建立了一個(gè)溫暖而又有著濃厚科研氛圍的實(shí)驗(yàn)室。我和我的同學(xué)們每天都會(huì)相互討論最近實(shí)驗(yàn)中的新發(fā)現(xiàn)和遇到的新困難，互相學(xué)習(xí)不同的技術(shù)，這為我們課題的推進(jìn)提供了很大的幫助。

除了我的導(dǎo)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(xué)魯友明團(tuán)隊(duì)的同學(xué)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(shí)驗(yàn)室”，這是顥瑋老師對(duì)他們團(tuán)隊(duì)的評(píng)價(jià)。

我們常說(shuō)實(shí)驗(yàn)室是冰冷的，那里有冷冰冰的儀器，有算不完的數(shù)據(jù)，還有不知道推翻了多少次還得重來(lái)的“search”�？蒲挟�(dāng)然不是坦途，實(shí)驗(yàn)室雖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(xué)習(xí)的科研搖籃。

我們相信，只要對(duì)科研初心如磐、堅(jiān)持篤定，與團(tuán)隊(duì)相互扶持，自有無(wú)限可能。

行穩(wěn)致遠(yuǎn)，進(jìn)而有為，瑞沃德祝愿顥瑋博士在追逐學(xué)術(shù)夢(mèng)想的道路上一切順利，成果豐碩！也祝愿張明杰院士團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新不斷，科學(xué)探索之路更上一層樓！

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