《Molecular Brain》：Phosphorylated septin 3 delocalizes from the spine base and facilitates endoplasmic reticulum extension into spines via myosin-Va
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為探究長時程增強（L-LTP）中脊柱結構可塑性維持機制，研究者聚焦 septin 3（SEPT3）與肌球蛋白 Va（MYO5A）。發現 SEPT3 磷酸化（Thr211）使其脫離脊柱基底，協同活化 MYO5A 促進光滑內質網（sER）延伸，為理解記憶形成提供新視角。
在大腦的神秘運作中，突觸可塑性如同搭建記憶宮殿的磚石，而長時程增強（Long-Term Potentiation, L-LTP）作為神經元之間連接強度持久增強的現象，更是揭開記憶存儲奧秘的關鍵鎖鑰。然而，當突觸歷經 L-LTP 的 “擴容” 后，如何維持這些增大的樹突棘長時間處于激活狀態？光滑內質網（Smooth Endoplasmic Reticulum, sER）作為神經元內鈣離子（Ca2?）的 “調控倉庫”，其能否延伸至樹突棘內，直接影響突觸后 Ca2?信號的強度與持續性。但長期以來，sER 延伸的分子機制如同被迷霧籠罩 —— 是什么力量牽引著 sER 突破樹突軸突的界限，深入小小的樹突棘？又有哪些分子在這一過程中扮演著 “指揮官” 的角色？
帶著這些疑問，來自日本東邦大學（Toho University）與名古屋大學（Nagoya University）等機構的研究團隊，將目光鎖定在 septin 細胞骨架蛋白家族成員 septin 3（SEPT3）上。此前研究已發現，SEPT3 在 L-LTP 誘導的 sER 延伸中至關重要，缺乏 SEPT3 的小鼠雖短期記憶正常，卻存在長期空間與物體記憶缺陷，提示其與記憶形成密切相關。而肌球蛋白 Va（Myosin-Va, MYO5A）作為一種依賴 Ca2?的運動蛋白，被觀察到定位于 sER 膜上，與 SEPT3 在強刺激下存在相互作用。但 SEPT3 如何從樹突棘基底脫離、又如何與 MYO5A 協同驅動 sER 延伸，仍是懸而未決的科學謎題。這項發表在《Molecular Brain》的研究，正是為破譯這些謎題而展開。
研究者主要采用了以下關鍵技術方法：通過免疫共沉淀（Co-IP）技術檢測蛋白質間相互作用，利用免疫印跡（IB）分析磷酸化水平，構建 SEPT3 磷酸化模擬突變體（如 T211E）和非磷酸化突變體（如 T211A）進行功能研究，并在原代培養的海馬 DG 顆粒細胞中觀察 sER 延伸情況，結合 RNA 干擾（RNAi）技術敲低 SEPT3 表達以驗證其功能必要性。
研究結果
1. SEPT3 在刺激依賴下發生磷酸化，Thr211 是關鍵位點
通過對海馬 DG 區組織的免疫共沉淀分析發現，強刺激（如電驚厥刺激 ECS）可顯著增強 SEPT3 的磷酸絲氨酸 / 蘇氨酸（pSer/Thr）信號。借助 PhosphoSitePlus 數據庫預測并驗證 SEPT3 的磷酸化位點，發現僅有 Thr211 位點的磷酸化模擬突變體（T211E）能顯著增加含 sER 樹突棘的數量，且不影響樹突棘體積，表明 Thr211 磷酸化是 SEPT3 調控 sER 延伸的關鍵分子事件。
2. 磷酸化導致 SEPT3 從樹突棘基底脫離并定位于 sER
熒光標記實驗顯示，在基礎狀態下，野生型 SEPT3（SEPT3-WT）和非磷酸化突變體 T211A 主要定位于樹突棘基底，而磷酸化模擬突變體 T211E 則更多分布于 sER 區域。這表明 Thr211 磷酸化如同一把 “分子剪刀”，切斷了 SEPT3 與樹突棘基底的結合，使其能夠 “奔赴” sER 執行新的使命。
3. 磷酸化 SEPT3 與活化 MYO5A 協同驅動 sER 延伸
當同時表達 SEPT3-T211E 與組成型活化的 MYO5A 突變體（MYO5A-CCtr，模擬 Ca2?依賴的構象激活）時，含 sER 樹突棘數量顯著增加，且兩者協同作用效果與 SEPT3-WT 聯合 MYO5A-CCtr 相當。而敲低 SEPT3 后，sER 延伸受損，僅能通過表達磷酸化能力正常的 SEPT3-WT 或 T211E（而非無法磷酸化的 T211A）聯合 MYO5A-CCtr 來挽救。進一步研究證實，磷酸化的 SEPT3 與 MYO5A 的結合能力顯著增強，揭示兩者通過直接相互作用形成 “分子搭檔”，共同推動 sER 向樹突棘內延伸。
研究結論與意義
本研究揭示了 L-LTP 維持過程中 sER 動態調控的關鍵分子機制：在強刺激引發的 Ca2?信號升高背景下，SEPT3 的 Thr211 位點發生磷酸化，使其從樹突棘基底的 septin 復合物中解離，轉而與活化的 MYO5A 結合，借助 MYO5A 的運動功能，牽引 sER 從樹突軸突延伸至樹突棘內。這一過程不僅為突觸后 Ca2?信號的持續增強提供了結構基礎，也解釋了 SEPT3 缺失小鼠長期記憶缺陷的原因 ——sER 延伸障礙導致突觸激活難以維持，進而影響記憶的鞏固與存儲。
該研究的科學意義在于：首次闡明了 SEPT3 磷酸化在突觸可塑性中的關鍵作用，為理解記憶形成的分子網絡增添了新節點；揭示了 septin 細胞骨架與運動蛋白的協同機制，拓展了對神經元內細胞器運輸調控的認知；更為未來通過干預 sER 延伸來人工誘導長期記憶提供了潛在靶點與理論依據。正如研究者所展望的，若能開發出靶向 SEPT3-MYO5A 通路的技術，或許有朝一日可開啟人為增強記憶存儲的新維度，為治療阿爾茨海默病等記憶相關疾病帶來曙光。
