科学家确定神经再生所需的基因

宾夕法尼亚州立大学的Melissa Rolls教授领导的一个研究小组已经确定了一个与受损神经细胞再生有关的基因。

研究小组发现，单个基因的突变可以完全关闭轴突 - 神经细胞负责向其他细胞发送信号的部分- 在切割或损坏后自行恢复的过程。

“我们希望这一发现将为人类脊髓和其他神经系统疾病的新研究打开大门，”罗尔斯教授说道，他与人合着了一篇在线发表在“细胞报道”杂志上的论文。

“轴突，形成从神经细胞伸出的长束，理想地在整个动物的一生中存活。为了能够存活，神经细胞需要具有弹性，并且在受伤或简单磨损的情况下，一些人可以通过生长新轴突来修复损伤，“劳斯教授解释说。

以前的研究表明，微管 - 基本构建块运输的细胞内“高速公路” - 可能需要重建，作为此类修复的重要一步。

“在许多方面，这个想法是有道理的：为了培养神经的新部分，需要原材料，并且需要组织微管高速公路以将新材料带到增长的地方，”劳斯教授说。。

因此，该团队开始研究微管重塑蛋白在损伤后轴突再生中的作用。特别是，他们专注于一组蛋白质，将微管切割成小块。在这一组中，一种名为spastin的蛋白质成为轴突再生的关键参与者。

“spastin蛋白在再生中发挥关键作用的事实特别有趣，因为在人类中，它由一种名为SPG4的疾病基因编码，”劳斯教授说。“当该基因的一个拷贝被破坏时，受影响的个体会发展为遗传性痉挛性截瘫(HSP)，其特征是进行性下肢无力和痉挛，因为脊髓中的长运动轴突退化。因此，确定spastin的新神经元功能可能有助于我们理解这种疾病。“

为了研究spastin的作用，该团队选择果蝇作为模型生物。

“在分子水平上，许多与神经细胞生长和再生相关的过程在人类和果蝇中是相同的，”罗尔斯教授说。“而且，像所有其他动物一样，包括人类在内，果蝇每个基因都有两个拷贝 - 每个基因一个 - 所以每个基因的不同组合可以导致不同的可观察特征。”

团队成员在实验室培育了三组遗传上不同的果蝇，观察各种spastin基因组合如何影响受伤后神经细胞的行为。第一组果蝇有两个正常的基因拷贝;第二个有一个正常拷贝和一个突变拷贝;而第三个有两个突变拷贝。然后，在所有三组中，科学家们切断了苍蝇神经细胞的轴突并观察了再生过程。

“在具有两个正常基因拷贝的果蝇中，我们观察到切断的轴突优雅地重新组装起来。如果苍蝇要从神经创伤中愈合，那么这个过程应该发生，因为生命事件以及磨损往往会造成这种损害，“罗尔斯教授说。“但是，有趣的是，在另外两组中 - 果蝇有两个甚至一个异常的spastin基因 - 根本没有再生长，这表明我们这里有一个主要的问题。”

科学家还发现受损的spastin基因只影响轴突切断后的轴突。也就是说，当轴突第一次组装时，该基因似乎没有在发育阶段发挥作用。此外，研究人员发现，虽然该基因影响了苍蝇的轴突，但它们的树突 - 从其他细胞和外界接收信息的神经元部分 - 继续正常运作和自我修复。

“现在我们知道spastin在轴突再生中起着重要作用，而且这个基因占主导地位，我们开辟了一条可能的途径，研究涉及神经细胞损伤的人类疾病，”劳斯教授说。“事实上，我们的下一步是探讨遗传性痉挛性截瘫(HSP)与轴突再生之间的联系。”

“编码人类spastin的SPG4基因只是与HSP相关的疾病基因之一，因此我们现在正在测试其他疾病基因是否也在神经细胞再生中发挥作用，”Rolls教授说。

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