阿爾茨海默病和其他形式的癡呆癥是社會日益沉重的負(fù)擔(dān)，也是老年人死亡的主要原因。沒有治愈方法。來自地下水位和海水入侵的鹽越來越多地影響著世界各地的作物生產(chǎn)。據(jù)估計，全球多達(dá)50%的灌溉土地可能受到鹽化的影響。

不合邏輯的推論?不必要。

由墨爾本大學(xué)和柏林FMP領(lǐng)導(dǎo)的新研究發(fā)現(xiàn)，這兩個全球性問題之間存在著迷人的聯(lián)系，這些問題正在開啟植物生物學(xué)和神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的新研究領(lǐng)域。共同的線程出現(xiàn)在與稱為微管的微觀結(jié)構(gòu)相關(guān)的某些蛋白質(zhì)中; 圓柱形細(xì)絲在引導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸中起關(guān)鍵作用。

在植物中，微管指導(dǎo)纖維素的合成，纖維素是控制細(xì)胞形狀的主要細(xì)胞壁組分，并且是木材形成的基礎(chǔ)。在大腦中，微管有助于運(yùn)輸神經(jīng)元內(nèi)的物質(zhì)，這是大腦和神經(jīng)系統(tǒng)的基石。

微管使用相關(guān)蛋白質(zhì)來運(yùn)輸物質(zhì)，而其他蛋白質(zhì)則有助于保持它們的完整性。

支持微管功能的蛋白質(zhì)是Tau，它于1975年在普林斯頓大學(xué)被發(fā)現(xiàn)。功能失調(diào)的Tau與神經(jīng)變性有關(guān)，最終導(dǎo)致阿爾茨海默氏癥或一系列其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病，并最終導(dǎo)致死亡。

20多年來，這種蛋白質(zhì)被許多人視為有效疫苗或其他治療阿爾茨海默氏癥的關(guān)鍵。

CC1是植物微管結(jié)合蛋白，具有更近的歷史。

2015年，現(xiàn)任墨爾本大學(xué)澳大利亞研究委員會未來研究員的Staffan Persson教授領(lǐng)導(dǎo)了Anne Endler博士和Christopher Kesten博士的研究，研究植物如何應(yīng)對鹽脅迫。

“我們發(fā)現(xiàn)我們稱之為CC1和CC2的蛋白質(zhì)在某種程度上能夠保護(hù)植物生產(chǎn)纖維素的能力 - 這是植物生長的先決條件 - 在暴露于鹽脅迫期間，”Perrson教授說。

Kesten博士是Nature Communications上發(fā)表的新研究的聯(lián)合主要作者，現(xiàn)在是蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究員，他說CC1蛋白在纖維素合成過程的多個階段起作用。

“我們知道CC1蛋白的一部分與細(xì)胞膜中的纖維素合成酶蛋白結(jié)合，但蛋白質(zhì)也含有與微管結(jié)合的細(xì)胞內(nèi)部的一部分，”他說。

“這似乎是蛋白質(zhì)對于幫助植物抵抗鹽脅迫的重要因素。因此，我們真正感興趣的是與微管結(jié)合的蛋白質(zhì)部分。”

Persson教授，Kesten博士及其在澳大利亞，德國和瑞士的同事隨后著手更好地了解CC1的結(jié)構(gòu)及其工作原理，并在此過程中發(fā)現(xiàn)CC1和Tau之間存在一個有趣的聯(lián)系。

“我們采用了多種不同的方法來嘗試和破譯CC1如何與微管結(jié)合，定位蛋白質(zhì)中的結(jié)合區(qū)域，并評估我們是否可以改變其中一些以消除蛋白質(zhì)的微管相關(guān)功能，”Kesten博士說。 。

柏林FMP的博士生，該研究的共同主要作者Arndt Wallmann先生說，當(dāng)他們發(fā)現(xiàn)CC1有四個直接連接到微管的線性圖案時，團(tuán)隊很興奮。

“結(jié)合基序以某種方式間隔，當(dāng)我們觀察這四個結(jié)構(gòu)域之間的間距和結(jié)合的高度動態(tài)特性時，它與你在Tau蛋白中看到的非常相似，”沃爾曼先生說。

“這讓我們非常興奮，因為Tau可能是生物學(xué)中研究最多的微管蛋白 - 如果你在MEDLINE上查找Tau，你會發(fā)現(xiàn)數(shù)以千計的論文。”

佩森教授說：“在其他王國，人們已經(jīng)找了很長時間才能找到Tau的近親，但在植物中沒有找到。”

來自FMP柏林的Oschkinat教授解釋說，相似性并不以結(jié)合域的數(shù)量和間距結(jié)束，使得兩者之間的聯(lián)系更加有趣。

“核磁共振向我們證明CC1是一種非結(jié)構(gòu)化蛋白質(zhì)，因為它不具有大多數(shù)蛋白質(zhì)中常見的片狀或螺旋狀結(jié)構(gòu).Tau也是如此，”他說。

“疏水性氨基酸富含CC1的微管結(jié)合基序。這也發(fā)現(xiàn)在Tau。當(dāng)我們匹配構(gòu)成兩種蛋白質(zhì)的微管結(jié)合域的氨基酸片段時，它們的組成驚人地相似。”

由此得出的明顯結(jié)論是，Tau和CC1都來自一種普通的祖先蛋白質(zhì)，這種蛋白質(zhì)在植物和動物在生命樹中采用不同分支之前就存在，但是主要作者并不認(rèn)為情況就是這樣。

“一種可能性是這種共享功能可能是通過收斂進(jìn)化而產(chǎn)生的，所以基本上你從兩種相對不相關(guān)的蛋白質(zhì)開始，然后這些蛋白質(zhì)的功能隨著時間的推移會聚成相似的，但它們可能來自不同的祖先蛋白質(zhì)， “佩爾森教授說。

“我們之所以認(rèn)為這是因為Tau還有其他蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域，我們在CC1中找不到它們。同樣，CC1是一種跨膜蛋白，所以它橫跨細(xì)胞膜，事實并非如此對于Tau，“Kesten博士說。

“因此，除了這些微管結(jié)合或捆綁或穩(wěn)定功能外，這兩種蛋白質(zhì)的其他部分可能具有完全不同的功能，”Wallmann先生補(bǔ)充道。

找到這個鏈接后，研究人員正在嘗試將兩種蛋白質(zhì)CC1和Tau結(jié)合起來，以更好地了解它們的工作原理。

佩爾森教授說：“我們已經(jīng)篩選了第一批接種CC1的種子，并將細(xì)胞內(nèi)的部分交換為Tau的相關(guān)部分。”

佩爾森教授認(rèn)為，通過這種操作，他們可以改變蛋白質(zhì)微管結(jié)合能力的功能。

“將Tau中的部分添加到CC1可能不是理想的這種蛋白質(zhì)在植物細(xì)胞中的作用，但它可能會教會我們很多關(guān)于這種相互作用是如何發(fā)生以及它如何影響蛋白質(zhì)功能的，”他說。

“這對我們理解神經(jīng)元中的蛋白質(zhì)也非常重要。”