Nature:研究发现神经元清除垃圾的新途径

2017-02-14 12:01 来源:中国生物技术网 作者:
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神经元为了维持健康,必须防止错误的蛋白质以及有缺陷的细胞器(比如线粒体)在细胞内部积聚。我们都知道,神经元内部的垃圾问题一旦出现,将会导致神经退行性疾病。近日,研究人员从秀丽隐杆线虫上发现了解决该问题的机制。

研究人员发现,秀丽隐杆线虫成虫体内的神经元拥有一种垃圾处理机制,之前人们从未意识到这一点。其神经元能排出一种直径 4 微米大膜泡(exopher),其中充满了受损的蛋白质和细胞器。这项研究成果发表在近日的 Nature 上(点击左下角阅读原文)。文章的作者之一 David H. Hall 博士是爱因斯坦医学院神经科学系的教授。

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研究人员观察到,抑制蛋白质降解途径(比如自噬和蛋白酶体消化)能够促进 exopher 的生成。当线虫的神经元被诱导产生高水平的神经毒性亨廷顿蛋白时,相比于对照组的线虫,它们能够显著地产生更多的 exopher。而诱导神经元表达另一种毒性蛋白(能够形成导致阿兹海默症的淀粉体)也会产生相类似的效果。

更为重要的是,受到毒性蛋白质压力的神经元似乎在生成了 exopher 之后运转得更好了。例如,当线虫表达进行性损害触觉的蛋白质时。在这些线虫的中年时期,与对照组相比,那些早年产生 exopher 的线虫触觉感受神经元的触觉敏感性加强了。

在发现 exopher 可以排出损伤线粒体之后,研究人员发现,可以通过破坏或削弱线粒体质量的方式触发 exopher 的形成。比如,当负责维持线粒体的两个基因之一出现缺陷时,线虫神经元 exopher 的产生就会增加。

exopher 及其内部的垃圾被神经元丢弃之后会发生什么呢?电子显微镜数据表明,至少有一部分 exopher 被相邻的真皮(分泌角质层的细胞层)细胞分解掉。但是还有一部分 exopher 物质进入了线虫体腔,被远处的细胞回收。如果人类神经元也拥有相似的 exopher,那么这种转移有毒物质的方式对于神经疾病的治疗非常具有意义。

最近的研究表明,哺乳动物的神经元能够排出一些与疾病相关的蛋白质聚集体,包括阿兹海默症、帕金森症和朊病毒病。一旦被排出神经元,这些蛋白聚集体就会被其他细胞接纳,这可能是疾病损伤扩散至大脑的原因。

研究人员总结道:「我们认为 exopher 是一种保留机制(conserved mechanism)的组成部分,这种机制构成了神经元蛋白质内稳态和线粒体质量控制的基本分支。随着年龄的增长,线粒体质量控制的功能减弱会成为神经性退行疾病的发病原因之一。」

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编辑: 任悠悠

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