细胞表面有受体，这些受体与蛋白质和其他分子结合，以启动或抑制某些行为。通常，随着细胞成熟，这些受体的数量会增加，但研究人员现已发现，有一种受体比先前认为的更早影响细胞行为，并且似乎有助于触发形成神经元的细胞分化过程。
广岛大学的研究团队在3月20日的《iScience》杂志上发表了他们的研究成果，他们表示这项研究对于更好地理解神经元发育和大脑可塑性——以及这些过程如何失调——具有重要意义。他们特别发现，G蛋白偶联受体3（GPR3）是该受体家族中的一种独特分子，因为它表现得像一个即刻早期基因，能够快速响应并诱导下游信号传导。其他G蛋白偶联受体则表现为延迟响应基因，在细胞成熟过程的后期才表达。
"理解早期转录响应——基因如何响应上游信号而表达——至关重要，因为这些程序决定了神经元发育、突触形成和可塑性，而它们的失调与自闭症和认知功能障碍等神经系统疾病相关。"
——广岛大学生物医学与健康科学研究生院分子与药理神经科学副教授、通讯作者田中茂
就像棒球运动员举起戴手套的手来接棒球一样，细胞表面受体伸出来，等待接收特定分子。当棒球击中手套时，它可能会触发一系列反应，具体取决于棒球的来源。它可以立即结束比赛，或者接球手可以利用它来触杀对手，或者将球扔给可能更靠近击球手的队友。就像比赛可能会根据球的移动方式和位置而结束或继续一样，细胞分化和行为也是如此。然而，田中表示，发育中细胞的游戏规则仍有许多不明确之处。使情况更加复杂的是，GPR3——这个"手套"——即使没有棒球（或触发特定动作的分子）也能发挥其功能。
为了更好地了解GPR3在此过程中的作用，田中和研究团队分析了啮齿类动物PC12细胞，这是一种广泛使用且经过充分验证的科学研究模型，用于研究细胞如何分化成神经元。这种神经元分化过程涉及用神经生长因子刺激细胞，这是一种告诉细胞变成神经元的信号。在48小时内，细胞会发育出神经突，这些是不成熟的分支，如果得到适当支持，最终可能形成神经元网络。研究团队随后检查了细胞上的神经元蛋白标记物，发现GPR3在刺激后30分钟内就被激活。
"这很引人注目——GPR3是极少数在30分钟内表现出类似即刻早期基因快速诱导的G蛋白偶联受体之一，"田中说。"这与经典的即刻早期基因相当，但在这个受体家族中却是前所未有的。"
田中解释说，GPR3可以被视为一个"信号放大器"，这意味着它将来自上游其他分子的早期刺激信号转换为神经元成熟所必需的持续程序。由于GPR3可以独立发挥作用，它早期的出现可能特别重要，有助于加速这一过程。他具体指出，基因分析显示，GPR3的早期诱导增强了cAMP-CREB信号传导，将短期信号转化为长期过程。这反过来又驱动了NR4A的下游表达，NR4A是一种即刻早期基因，对神经元存活和突触发育至关重要，而突触是神经元之间通信的空间。
"这项工作建立了一个先前未被认识的信号级联，将早期转录响应与突触发育联系起来，"田中说。
研究人员表示，下一步他们计划研究GPR3如何促进突触功能、神经回路形成和神经系统疾病。
"我们的最终目标是阐明依赖活动的转录程序如何调节大脑发育，并确定神经发育和神经精神疾病的新的治疗靶点，"田中说。
该研究的其他贡献者包括广岛大学生物医学与健康科学研究生院分子与药理神经科学系的池awa文昭、白木弘子、原田佳奈、日出泉和酒井纪男。
这项研究得到了日本科学技术振兴机构的支持。
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