揭開大腦疾病的秘密：當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)陷入固態(tài)時(shí)

揭開大腦疾病的秘密：當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)陷入固態(tài)時(shí)

在納米尺度上觀察蛋白質(zhì)為治療神經(jīng)退行性疾病提供了啟示。許多影響大腦和神經(jīng)系統(tǒng)的疾病都與細(xì)胞中蛋白質(zhì)從液態(tài)凝結(jié)物形成聚合體或固態(tài)凝結(jié)物有關(guān)，但人們對這一過程知之甚少。

研究人員利用先進(jìn)的光學(xué)技術(shù)研究了與神經(jīng)退行性疾病相關(guān)的蛋白質(zhì)聚集體的形成。通過分析一種與漸凍癥有關(guān)的蛋白質(zhì)，他們對蛋白質(zhì)從液態(tài)到固態(tài)的轉(zhuǎn)變有了前所未有的深入了解，從而揭示了阿爾茨海默氏癥和漸凍癥等疾病的真相。上圖是顯示蛋白質(zhì)凝結(jié)相互作用的納米掃描圖像。資料來源：悉尼大學(xué)

這種液態(tài)到固態(tài)的轉(zhuǎn)變會(huì)引發(fā)所謂的淀粉樣纖維的形成。淀粉樣纖維可在神經(jīng)元中進(jìn)一步形成斑塊，導(dǎo)致神經(jīng)退行性疾病，如阿爾茨海默氏癥。

悉尼大學(xué)的生物醫(yī)學(xué)工程師與劍橋大學(xué)和哈佛大學(xué)的科學(xué)家合作，現(xiàn)已開發(fā)出精密的光學(xué)技術(shù)，可近距離監(jiān)測這些蛋白質(zhì)聚集體的形成過程。

通過測試一種與肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化癥（ALS）有關(guān)的蛋白質(zhì)，悉尼大學(xué)的工程師們密切監(jiān)測了這種蛋白質(zhì)從液相到固相的轉(zhuǎn)變過程。

三維共聚焦顯微鏡掃描培養(yǎng) 24 小時(shí)的 FUS 蛋白質(zhì)凝結(jié)物，顯示了這項(xiàng)研究揭示的特征性核殼結(jié)構(gòu)。資料來源：悉尼大學(xué)

這項(xiàng)研究發(fā)表在美國《國家科學(xué)院院刊》（PNAS）上，其主要作者沈怡博士說："這是從基礎(chǔ)角度理解神經(jīng)退行性疾病如何發(fā)展的巨大進(jìn)步。"

生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院高級講師、悉尼大學(xué)納米研究所成員 Daniele Vigolo 博士說："我們現(xiàn)在可以在納米尺度（百萬分之一米）上直接觀察到這些關(guān)鍵蛋白質(zhì)從液態(tài)向固態(tài)的轉(zhuǎn)變。蛋白質(zhì)在液液相分離過程中經(jīng)常會(huì)形成凝結(jié)物，這種凝結(jié)物廣泛存在于關(guān)鍵和健康的生物功能中，例如人類胚胎的形成。這一過程有助于蛋白質(zhì)濃度至關(guān)重要的生化反應(yīng)，還能促進(jìn)健康的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)相互作用。"

Vigolo 和 沈的研究團(tuán)隊(duì)。資料來源：悉尼大學(xué)

沈博士是化學(xué)與生物分子工程學(xué)院（School of Chemical and Biomolecular Engineering）的 ARC DECRA Fellow，同時(shí)也是悉尼納米研究中心（Sydney Nano）的成員。"這可能導(dǎo)致與神經(jīng)退行性疾病相關(guān)的異常結(jié)構(gòu)，因?yàn)榈鞍踪|(zhì)不再表現(xiàn)出快速還原成液態(tài)的能力。因此，監(jiān)測凝結(jié)動(dòng)態(tài)至關(guān)重要，因?yàn)樗鼈儠?huì)直接影響病理狀態(tài)，"她說。

世界上首次對這一過程進(jìn)行的納米級光學(xué)觀測使研究小組得以確定，從液態(tài)到固態(tài)蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)變始于蛋白質(zhì)凝聚物的界面。這個(gè)相變窗口還揭示了這些蛋白質(zhì)團(tuán)聚體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是異質(zhì)的，而以前人們認(rèn)為它們是均質(zhì)的。

Vigolo 博士說："我們的發(fā)現(xiàn)有望從根本上大大提高我們對神經(jīng)退行性疾病的認(rèn)識(shí)。這意味著一個(gè)充滿希望的新研究領(lǐng)域，可以讓我們更好地了解阿爾茨海默病和漸凍癥是如何在大腦中發(fā)展的，這些疾病影響著全球數(shù)百萬人。"