科学家解析囊泡运输机制

2013-10-09

来自法国国家卫生研究院(INSERM)的研究人员证实,这些马达的主要能量来源或许并非传统认为的是线粒体,供给这些马达动力的ATP似乎是来自囊泡附带的糖分解机器——GADPH(甘油醛-3-磷酸脱氢酶).

在蓝鲸中轴突有可能长达数米，而在比草履虫还小的仙女蜂(M.mymaripenne)中它们的轴突有可能只有几微米长。然而不论大小，这些轴突似乎都利用了相似的分子马达在相似的微管轨道上运作传送囊泡货物。

在近期发表在《细胞》Cell杂志上的一篇论文中，来自法国国家卫生研究院(INSERM)的研究人员证实，这些马达的主要能量来源或许并非传统认为的是线粒体，供给这些马达动力的ATP似乎是来自囊泡附带的糖分解机器——GADPH(甘油醛-3-磷酸脱氢酶)。

在物理学中，能量守恒原理为人们提供了一种方法来解答许多复杂的问题。同样在神经元中，试图弄清一种特殊机制的运作，最好的方法就是分析其能量的来源和消耗机制。法国国家卫生研究院的研究人员以往曾在以轴突变性为主要病状的亨廷顿氏舞蹈病等疾病中研究线粒体的作用。他们一直试图弄清楚，观察到的变性是否可能是由于为轴突运输提供动力的能量不足所致。奇怪地是，他们发现抑制细胞主要的能量来源——线粒体的功能，对于囊泡运输没有影响。

在初步的研究中，研究人员利用了哈佛大学的一个研究小组从前开发的一种称作Pervceval的传感器，来评估轴突中的ATP分布。从某种意义上将，Perceval可视作是一种特殊用途纳米机器。它由一个GFP融合蛋白和内建的蛋白质逻辑电路构成，这一逻辑电路使得它能够精确测量细胞中ATP与 ADP的比值。利用Perceval，研究人员发现果蝇轴突中的这一比值是始终如一的，而观察到的线粒体分布则并非如此。至少在有髓鞘的轴突中，线粒体倾向积聚在郎飞氏结(node of Ranvier)上。

研究人员随后证实，当GADPH，一种广泛表达的“看家基因”发生改变时，轴突囊泡运输遭到破坏。GADPH是糖酵解信号中的一种酶，每次反应它会生成一个ATP。研究人员还证实添加一个轴突结合蛋白(synaptotagmin)-GADPH融合蛋白，可以恢复运输。轴突结合蛋白通常被靶定到囊泡上，向下运输到突触。这些实验表明，这些囊泡利用了GADPH进行运输，对应其他的研究表明是GADPH，而非线粒体，在神经末端向吸收进入囊泡的传送器提供了动力。这或许可以部分解释以往人们无法通过提高线粒体迁移率来改善小鼠ALS神经变性模型的原因。

众所周知，GADPH还可以与huntingtin相互作用。Huntingtin突变已知是亨廷顿氏舞蹈病的病因。法国国家卫生研究院的研究人员证实，有可能是huntingtin将GADPH连接了到囊泡膜上。这是否是这一疾病的主要机制，还有待进一步的研究证实。另一个尚待解答的问题是，GADPH与微管结合是否是囊泡运输ATP的重要来源。

在未来的研究中，作者们还想要探讨GAPDH是否是非囊泡运输的必要条件。开展这类研究，将有助于更深入地了解细胞在健康或疾病状态时，ATP的生成和利用机制。

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