OIST生物学家发现了关于分子运输系统如何在神经元内运送RNA的新见解
冲绳科学技术研究所 (OIST) 的分子神经科学部门取得 了一项重要突破，将感觉神经元的生存和病理学与信使 RNA (mRNA) 在这些细胞内的运输方式联系起来。
这个神经生物学家团队由博士组成。学生 Sara Emad El-Agamy、Laurent Guillaud 博士和 Marco Terenzio 教授与 OIST 膜学部门的 Keiko Kono 教授 和 Riken 研究所(目前在日内瓦大学)的 Yibo Wu 博士合作。该项目由已发表研究的第一作者 Sara Emad El-Agamy 领导，作为她博士论文的一部分。工作。
“神经元可能是细胞中最极端的形态，因为它们的形状可以变化，并且在大型哺乳动物中可以延伸很长的距离。例如，支配人腿部的神经元可能超过一米长：它们的细胞核可能靠近脊髓，但会感觉到脚部发痒或大脚趾疼痛。”分子神经科学单位。
神经元有长的突起，称为轴突，蛋白质、RNA 和细胞器等分子在轴突内移动。这种从细胞中心到外围(反之亦然)的运输形式相当于高速公路和卡车网络的细胞形式。最重要的“卡车”负责将“货物”从神经元的外周尖端推向中心，是称为动力蛋白的大型蛋白质复合物的一部分。该运输系统的故障可能导致多种类型的神经病理学。
动力蛋白是一种大而复杂的蛋白质，由多个亚基(或链)组成，按大小分类。“我们研究了动力蛋白复合物的一部分，称为 Dynein Roadblock 1，简称 Dynlrb1。在之前的实验中，我们证明了这种动力蛋白亚基对于神经元的生存显然至关重要，但我们必须弄清楚它是如何工作的，”Terenzio 教授说。
研究人员想要测试一个想法：如果我们将动力蛋白视为在神经元内移动货物的卡车，我们可以想象 Dynlrb1 可能会影响“动力蛋白卡车”的移动能力或运载货物的能力。为了解开这个谜团，OIST 团队检查了与该动力蛋白亚基相互作用的蛋白质。
在几种相互作用的蛋白质中，Sara Emad El-Agamy重点关注了脆性X信使核糖核蛋白1(FMRP)，它在神经生物学领域众所周知，因为它与神经发育障碍(脆性X综合征)和神经退行性疾病有关。脆性 X 相关震颤/共济失调综合征)。
“发现 FMRP 是动力蛋白货物的一部分特别有趣。FMRP 颗粒由两种类型的分子组成：蛋白质和信使 RNA (mRNA)。mRNA 是核糖体用来制造蛋白质的模板。由于我对轴突的 RNA 生物学非常感兴趣，我不想错过深入研究这个主题的机会，”Terenzio 教授解释道。
从历史上看，轴突被认为缺乏RNA和蛋白质合成机制，大多数这些过程被认为只发生在神经元的细胞核附近。然而，最近的研究表明，轴突确实含有各种 RNA 分子。由于在细胞中心合成蛋白质，然后将所有这些蛋白质运送到神经元的尖端，就像卡车上的大货物一样，对于长神经元来说将是巨大的能量投入，因此神经元运送的是 mRNA 而不是蛋白质。“单个 mRNA 可以作为模板来产生多种蛋白质。通过运输 mRNA 而不是最终的蛋白质，细胞可以节省大量能量，至少在理论上是这样，”Terenzio 教授解释道。
然而，Sara 还发现 FMRP 是从外围地区贩运到中心地区的。“这些通常被认为是从细胞中心贩运到外围的。我们发现它们以相反的方向运输，这一事实令我们感到非常惊讶。这种现象刚刚开始在该领域被描述，我相信它在未来将很重要，”Terenzio 教授说。
最后，研究小组还发现，Dynlrb1 的去除会导致 FMRP 停滞并在感觉神经元的细胞体和轴突中积累。由于与 FMRP 结合的 mRNA 被捕获，无法翻译成蛋白质，因此研究人员推测 Dynlrb1 在神经元健康中发挥着至关重要的作用。换句话说，Dynlrb1 的损伤可能会阻碍必需蛋白质的产生，从而危及神经元的存活。
“我们的下一个研究问题是了解当 Dynlrb1 出现故障或缺失时哪些蛋白质无法产生。我们获得的数据将有助于了解什么支持神经元存活以及神经元亡的延伸。这可以用来寻找神经退行性疾病的新治疗方法疾病，”Terenzio 教授总结道。
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