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基因研究揭秘神经退化的罪魁祸首

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关键词: 基因神经退化

美国杰克逊实验室的教授苏珊·阿克曼(Susan Ackerman)博士带领的团队在小鼠实验中发现,神经退化竟与转运核糖核酸(即转运RNA)的相关,转运RNA出现问题后,细胞生产各种蛋白质的过程不能正常进行,从而导致了神经退化。

相关论文发表在期刊《科学》中。文章称,转运RNA只在中枢神经系统中生成,一旦控制其生产的基因出现变异,神经细胞核糖体中的蛋白质就停止了生产。在这种情况下,如果另一种蛋白质GTPBP2也出现了匮乏,神经退化就开始了。

苏珊·阿克曼同时兼任霍华德·休斯医学研究所的研究员,她说:“我们的研究发现,转运RNA相关基因在脊椎动物体内属于组织特异性表达基因,它们的变异可能引发疾病或改变其他基因的表达。在病理学研究领域,这是一个全新的方向。”

神经退化是指成熟的神经元衰竭和死亡的过程,现在科学界对这个过程的了解不足,但是它却影响着很多重大疾病,如阿兹海默症、帕金森综合症、亨廷顿舞蹈症、肌萎缩侧索硬化症(也称葛雷克氏症)。

虽然神经退化的原因现在还不明确,但是很多证据已经表明神经元是非常敏感的,比人体其他细胞要敏感许多,如果相关蛋白质的生产和折叠过程出现了问题,它们就会受到很大的影响。

转运RNA负责按照基因密码控制蛋白质的生产,是参与细胞内生产活动的主力军。转运RNA的主体是四叶式交叉结构,另有两个对外交流的“触角”,其中一个读取三联体基因的密码,另一个按照密码传送生产蛋白质的材料。

在比较高等的生物体中,转运RNA形态各异。例如在人体中,转运RNA各识别出61个三联体基因,而人体基因组中与转运RNA相关的基因多达500个。到目前为止,人类对转运RNA的了解不多,不清楚为什么会有这么多种,也不知道它们的职责是否互相重叠,说不不定它们还有制造蛋白质以外的其他功能。

阿克曼说:“一个复杂的基因型里面基本上就能找到所有类型的转运RNA,比如小鼠体内一个基础的AGA基码就有5种转运RNA构成编码。因为转运RNA大量冗余,我们之前完全没有想过它的相关基因变异会引起疾病。我们本以为它们就像其他重复出现的基因一样无害。”

在此次研究中,阿克曼与杰克逊实验室、美国斯克里普斯研究学院、日本熊本大学的研究者进行了合作,他们发现引起神经退化的罪魁祸首就是与转运RNA相关的n-Tr20基因,正因为它发生了变异,加上GTPBP2蛋白质缺失,就导致了疾病。

值得注意的是,在小鼠和人类体内,转运RNA都只在大脑和中枢神经系统的其他部位活动。n-Tr20基因控制的转运RNA可识别AGA型三联体基因(也就是精氨酸)。

n-Tr20基因的变异干扰了蛋白的正常生成。具体来说,它变异后,一旦细胞中的蛋白质合成工厂“核糖体”遇上了AGA型三联体基因,就会停止运行。

GTPBP2蛋白质的帮助下,核糖体停工的问题大致可以解决,但是如果这个生产伙伴不在了,停工就会持续下去,事态变得更严重。研究人员认为这就是神经退化背后的推动力量。

 

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