新近確定的細胞垃圾清除程序有助于創(chuàng)建新的神經(jīng)元

威斯康星大學麥迪遜分校的科學家進行的一項新研究揭示了細胞絲如何幫助神經(jīng)干細胞清除受損和結(jié)塊的蛋白質(zhì)，這是最終產(chǎn)生新神經(jīng)元的重要步驟。這項工作為干預(yù)措施提供了新的細胞靶點，可以在最需要的時候(例如在腦部受傷后)促進神經(jīng)元的產(chǎn)生。而且由于聚集蛋白是許多神經(jīng)退行性疾病(例如阿爾茨海默氏病)的標志，因此這項新研究可以提供洞悉如何清除這些有毒蛋白的見解。神經(jīng)科學助理教授Darcie Moore和她的研究生Christopher Morrow一起領(lǐng)導了這項工作。他們的研究可在《細胞干細胞》雜志上在線獲得。

Morrow說：“作為一個長期目標，我們希望能夠誘導內(nèi)源性神經(jīng)干細胞來幫助組織再生，特別是在中風或某種類型的神經(jīng)變性后。”

在小鼠模型中，研究小組確定了一種稱為波形蛋白的細胞細絲，它是神經(jīng)干細胞蛋白質(zhì)管理系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。他們發(fā)現(xiàn)波形蛋白將蛋白酶體(可以消化目標蛋白質(zhì)的分子垃圾)帶入成團的受損蛋白質(zhì)，必須清除這些蛋白質(zhì)才能使細胞正常運行。神經(jīng)干細胞在衰老過程中，或者在休眠或暴露于有毒化學物質(zhì)時會積累受損的蛋白質(zhì)。

當神經(jīng)干細胞缺乏波形蛋白時，它們清除目標蛋白的能力會更差，從休眠中退出的速度會更慢，并且暴露于破壞蛋白質(zhì)的毒素后恢復的能力也將降低。不能產(chǎn)生波形蛋白的小鼠在年輕時從干細胞產(chǎn)生新神經(jīng)元的能力降低，這表明波形蛋白對于保持神經(jīng)干細胞在衰老過程中保持敏捷和高產(chǎn)很重要。

教科書曾經(jīng)教導說成年哺乳動物不會產(chǎn)生新的神經(jīng)元。莫羅說不是。

“最近的證據(jù)表明，成年哺乳動物中存在神經(jīng)干細胞，它們并未進入細胞周期并分裂。而且我們現(xiàn)在也知道，進入細胞周期的神經(jīng)干細胞的關(guān)鍵組成部分是清除蛋白質(zhì)， ”莫羅說。“我們正在描述神經(jīng)干細胞具有的程序，該程序可快速有效地清除蛋白質(zhì)并進入細胞周期進行神經(jīng)發(fā)生。”

該程序涉及標記受損的蛋白質(zhì)，將它們集中在細胞中的一個部位，然后將消化器運送到該部位以分解受損的蛋白質(zhì)。為了研究波形蛋白在該程序中的作用，他用熒光標記物標記了細絲蛋白，還研究了無法產(chǎn)生波形蛋白的小鼠。

他看到，盡管神經(jīng)干細胞仍然可以在沒有波形蛋白的情況下標記并濃縮受損的蛋白質(zhì)，但他們需要這種細絲蛋白質(zhì)才能將蛋白酶體帶到正確的位置，以清除所有舊蛋白質(zhì)。由于處理積累的蛋白質(zhì)的能力降低，神經(jīng)干細胞在休眠時會變得更糟，并在小鼠中產(chǎn)生新的神經(jīng)元。

波形蛋白的作用令人驚訝地復蘇，科學家長期以來一直認為波形蛋白在很大程度上僅限于幫助細胞移動并為細胞提供結(jié)構(gòu)支持。二十年前，研究人員開發(fā)了無法制造波形蛋白的小鼠，它們看起來還不錯。但是現(xiàn)在越來越清楚的是，波形蛋白對于應(yīng)對具有挑戰(zhàn)性的情況(例如衰老或毒素)具有重要意義，這些情況可能會使團聚的蛋白質(zhì)吞噬細胞。

波形蛋白的突變與人類疾病有關(guān)，包括白內(nèi)障，在某些情況下還加速衰老。癌細胞開始轉(zhuǎn)移時就依賴波形蛋白。需要更多的研究來確定波形蛋白如何影響人類和其他動物的細胞健康，衰老和疾病。

摩爾說：“除了關(guān)注神經(jīng)干細胞作為再生療法的途徑外，下一步顯然是研究波形蛋白如何在癌癥等其他疾病中發(fā)揮作用。” “這項研究使我們有很多后續(xù)行動。”

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