细胞如何从威胁中恢复的研究可能会导致对阿尔茨海默氏症和 ALS 的新见解

布赖恩·安德鲁·麦克斯韦

圣裘德儿童研究医院生物医学研究生院细胞生物学科学家

根据我的一项新研究，我们的身体含有一种特殊的蛋白质标签，它在细胞如何从对其生存的特定威胁中恢复过来方面发挥着作用。了解这一过程的工作原理可能是未来治疗神经退行性疾病的关键，例如阿尔茨海默病和某些形式的痴呆症。

细胞经常在其环境中遇到潜在的有害变化，例如波动的温度或暴露于紫外线或毒素。为了确保生存，细胞已经进化出复杂的方式来适应这些压力变化。这些机制的范围从新陈代谢的临时变化到可能被永久破坏的关键生物过程的大规模关闭。

例如，许多细胞压力会暂时关闭蛋白质的产生，而携带部分 DNA 密码通过细胞的信使 RNA则被隔离在称为压力颗粒的致密结构中。当压力过去时，压力颗粒被分解，细胞从这种防御状态中出现，恢复正常活动。

但直到现在，像我这样的分子生物学家并不完全了解这种机制是如何运作的。

在 2024 年 6 月 25 日发表在《科学》杂志上的两项同行评审研究中，我和我在J. Paul Taylor的细胞和分子生物学实验室工作的同事解释了一种称为泛素的蛋白质如何负责让细胞恢复活力并在海岸清晰后运行。

在第一项研究中，我发现不同类型的压力会导致细胞中的特定蛋白质以不同的方式被泛素标记。我将细胞暴露在热应激或有毒化学物质中，然后在看似相同的应激颗粒形成后阻断泛素标记过程。令我惊讶的是，阻断泛素标记只会阻止应力颗粒因热休克而分解。重要的是，我还发现当这些应激颗粒仍然存在时，即使在恢复到正常温度后，细胞也无法重新启动关键的生物过程，如蛋白质生产和运输。

在第二项研究中，我的同事Youngdae Gwon仔细研究了这个过程。他发现热应激会触发一种关键蛋白质的泛素标记，使酶能够分解应激颗粒。这种酶抓住泛素标签并将其用作把手以将结构拉开。

为什么重要

研究人员已将应激颗粒生物学和应激反应过程与几种神经退行性疾病联系起来，包括阿尔茨海默病、ALS 或 Lou Gehrig 病，以及某些形式的痴呆症。

例如，我们发现同一蛋白质的突变是分解应激颗粒所必需的，它可能导致遗传性神(shén)经(jīng)退(tuì)行(xíng)性(xìng)疾(jí)病(bìng)。了(le)解(jiě)如(rú)何(hé)调(diào)节(jié)压(yā)力(lì)颗(kē)粒(lì)对(duì)于(yú)更(gèng)好(hǎo)地(de)了(le)解(jiě)这(zhè)些(xiē)疾(jí)病(bìng)的(de)工(gōng)作(zuò)原(yuán)理(lǐ)并(bìng)可(kě)能(néng)为(wèi)它(tā)们(men)找(zhǎo)到(dào)新(xīn)的(de)治(zhì)疗(liáo)方(fāng)法(fǎ)至(zhì)关重(zhòng)要(yào)。

什(shén)么(me)还(hái)不(bù)知(zhī)道(dào)

尽(jǐn)管(guǎn)我(wǒ)们(men)确(què)定(dìng)了(le)泛(fàn)素(sù)在(zài)应(yīng)力(lì)颗(kē)粒(lì)分(fēn)解(jiě)中(zhōng)所(suǒ)起(qǐ)的(de)作(zuò)用(yòng)的(de)几(jǐ)个(gè)关键因(yīn)素(sù)，但(dàn)这(zhè)一(yī)过(guò)程(chéng)的(de)许(xǔ)多(duō)分(fēn)子(zi)细(xì)节(jié)仍(réng)然(rán)未(wèi)知(zhī)。为(wèi)了(le)进(jìn)一(yī)步(bù)了(le)解(jiě)，科(kē)学(xué)家(jiā)首(shǒu)先(xiān)需(xū)要(yào)确(què)定(dìng)哪(nǎ)些(xiē)酶(méi)负(fù)责(zé)在(zài)压(yā)力(lì)期(qī)间(jiān)将(jiāng)泛(fàn)素(sù)标(biāo)签(qiān)置(zhì)于(yú)蛋(dàn)白(bái)质(zhì)上(shàng)。此(cǐ)外(wài)，了(le)解(jiě)导(dǎo)致(zhì)神(shén)经(jīng)退(tuì)行(xíng)性(xìng)疾(jí)病(bìng)的(de)突(tū)变(biàn)如(rú)何(hé)影响压力恢复过程也很重要。

正在进行哪些其他研究

研究人员正在研究应激颗粒生物学的各个方面及其与神经退行性疾病的联系。有些人正在努力在试管中重建压力颗粒，以探索在细胞中工作不容易回答的问题。其他人正在研究活的神经元、老鼠和果蝇，以了解疾病突变如何影响活细胞和生物的压力恢复。

原文地址：https://theconversation.com/research-that-shines-light-on-how-cells-recover-from-threats-may-lead-to-new-insights-into-alzheimers-and-als-163210