賓夕法尼亞州立大學(xué)的Melissa Rolls教授領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組已經(jīng)確定了一個(gè)與受損神經(jīng)細(xì)胞再生有關(guān)的基因。

研究小組發(fā)現(xiàn)，單個(gè)基因的突變可以完全關(guān)閉軸突 - 神經(jīng)細(xì)胞負(fù)責(zé)向其他細(xì)胞發(fā)送信號(hào)的部分- 在切割或損壞后自行恢復(fù)的過(guò)程。

“我們希望這一發(fā)現(xiàn)將為人類脊髓和其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病的新研究打開(kāi)大門(mén)，”羅爾斯教授說(shuō)道，他與人合著了一篇在線發(fā)表在“細(xì)胞報(bào)道”雜志上的論文。

“軸突，形成從神經(jīng)細(xì)胞伸出的長(zhǎng)束，理想地在整個(gè)動(dòng)物的一生中存活。為了能夠存活，神經(jīng)細(xì)胞需要具有彈性，并且在受傷或簡(jiǎn)單磨損的情況下，一些人可以通過(guò)生長(zhǎng)新軸突來(lái)修復(fù)損傷，“勞斯教授解釋說(shuō)。

以前的研究表明，微管 - 基本構(gòu)建塊運(yùn)輸?shù)募?xì)胞內(nèi)“高速公路” - 可能需要重建，作為此類修復(fù)的重要一步。

“在許多方面，這個(gè)想法是有道理的：為了培養(yǎng)神經(jīng)的新部分，需要原材料，并且需要組織微管高速公路以將新材料帶到增長(zhǎng)的地方，”勞斯教授說(shuō)。 。

因此，該團(tuán)隊(duì)開(kāi)始研究微管重塑蛋白在損傷后軸突再生中的作用。特別是，他們專注于一組蛋白質(zhì)，將微管切割成小塊。在這一組中，一種名為spastin的蛋白質(zhì)成為軸突再生的關(guān)鍵參與者。

“spastin蛋白在再生中發(fā)揮關(guān)鍵作用的事實(shí)特別有趣，因?yàn)樵谌祟愔?，它由一種名為SPG4的疾病基因編碼，”勞斯教授說(shuō)。“當(dāng)該基因的一個(gè)拷貝被破壞時(shí)，受影響的個(gè)體會(huì)發(fā)展為遺傳性痙攣性截癱(HSP)，其特征是進(jìn)行性下肢無(wú)力和痙攣，因?yàn)榧顾柚械拈L(zhǎng)運(yùn)動(dòng)軸突退化。因此，確定spastin的新神經(jīng)元功能可能有助于我們理解這種疾病。“

為了研究spastin的作用，該團(tuán)隊(duì)選擇果蠅作為模型生物。

“在分子水平上，許多與神經(jīng)細(xì)胞生長(zhǎng)和再生相關(guān)的過(guò)程在人類和果蠅中是相同的，”羅爾斯教授說(shuō)。“而且，像所有其他動(dòng)物一樣，包括人類在內(nèi)，果蠅每個(gè)基因都有兩個(gè)拷貝 - 每個(gè)基因一個(gè) - 所以每個(gè)基因的不同組合可以導(dǎo)致不同的可觀察特征。”

團(tuán)隊(duì)成員在實(shí)驗(yàn)室培育了三組遺傳上不同的果蠅，觀察各種spastin基因組合如何影響受傷后神經(jīng)細(xì)胞的行為。第一組果蠅有兩個(gè)正常的基因拷貝;第二個(gè)有一個(gè)正常拷貝和一個(gè)突變拷貝;而第三個(gè)有兩個(gè)突變拷貝。然后，在所有三組中，科學(xué)家們切斷了蒼蠅神經(jīng)細(xì)胞的軸突并觀察了再生過(guò)程。

“在具有兩個(gè)正?；蚩截惖墓壷校覀冇^察到切斷的軸突優(yōu)雅地重新組裝起來(lái)。如果蒼蠅要從神經(jīng)創(chuàng)傷中愈合，那么這個(gè)過(guò)程應(yīng)該發(fā)生，因?yàn)樯录约澳p往往會(huì)造成這種損害，“羅爾斯教授說(shuō)。“但是，有趣的是，在另外兩組中 - 果蠅有兩個(gè)甚至一個(gè)異常的spastin基因 - 根本沒(méi)有再生長(zhǎng)，這表明我們這里有一個(gè)主要的問(wèn)題。”

科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)受損的spastin基因只影響軸突切斷后的軸突。也就是說(shuō)，當(dāng)軸突第一次組裝時(shí)，該基因似乎沒(méi)有在發(fā)育階段發(fā)揮作用。此外，研究人員發(fā)現(xiàn)，雖然該基因影響了蒼蠅的軸突，但它們的樹(shù)突 - 從其他細(xì)胞和外界接收信息的神經(jīng)元部分 - 繼續(xù)正常運(yùn)作和自我修復(fù)。

“現(xiàn)在我們知道spastin在軸突再生中起著重要作用，而且這個(gè)基因占主導(dǎo)地位，我們開(kāi)辟了一條可能的途徑，研究涉及神經(jīng)細(xì)胞損傷的人類疾病，”勞斯教授說(shuō)。“事實(shí)上，我們的下一步是探討遺傳性痙攣性截癱(HSP)與軸突再生之間的聯(lián)系。”

“編碼人類spastin的SPG4基因只是與HSP相關(guān)的疾病基因之一，因此我們現(xiàn)在正在測(cè)試其他疾病基因是否也在神經(jīng)細(xì)胞再生中發(fā)揮作用，”Rolls教授說(shuō)。