Science：細胞內的“分子普查”
日期：2015-01-27 08:49:02
包括阿爾茨海默癥、亨廷頓舞蹈病、帕金森癥在內的神經退行性疾病，都是由缺陷蛋白在大腦神經細胞中累積造成的。健康細胞依賴蛋白酶體來避免這樣的問題。
馬普生化研究所的Wolfgang Baumeister領導研究團隊，首次在健康的大腦細胞中觀察和分析了工作中的蛋白酶體。這項研究發表在一月二十三日的Science雜志上。“我們在屏幕上看到蛋白酶體的時候，就意識到了這些結果的重要性，”文章的第一作者Shoh Asano回憶道。
我們的大腦由大量的神經細胞組成。這些細胞為了勝任自己的工作，需要持續監控內部蛋白的質量和功能性，否則蛋白就會聚集起來，令細胞癱瘓甚至死亡。細胞發現缺陷蛋白之后，會給它貼上降解標簽，讓蛋白酶體將其粉碎并進行循環利用。
研究人員利用低溫電子斷層掃描（Electron cryo-tomography）技術，首次在完整的神經細胞中成像了這一過程，這樣的研究以往只能在體外進行。他們將細胞在一秒鐘內冷卻到-170°C，然后從不同角度對細胞內部連續成像，最后通過計算機將這些圖像合并成為三維圖象。
技術革新讓研究者們獲得了前所未有的成像質量，使他們得以區分細胞中的單個蛋白酶體。“這是首次在完整細胞中對這一重要的復合體進行定性和定量分析，”Asano介紹到。研究人員在后續實驗中分析了蛋白酶體的活性。蛋白酶體尾部存在一種被稱為調控顆粒的帽狀結構。這種結構負責結合需要降解的蛋白，并由此改變自己的形態。研究人員通過區分這些形態，推斷有多少蛋白酶體在活躍地降解蛋白。
研究人員發現，在靜息的神經細胞中，只有少數蛋白酶體是活躍的。研究顯示，只有五分之一的蛋白酶體在活躍地降解蛋白，而其他蛋白酶體都在閑置。下一步，研究人員將在壓力條件下分析這些蛋白酶體的結構改變，模擬神經退行性疾病中發生的過程。“這種技術可以幫助我們對細胞的蛋白復合體進行整體研究，分析它們彼此的功能依賴性，”Wolfgang Baumeister說。
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