什么植物蛋白可以告诉我们阿尔茨海默氏症

阿尔茨海默病和其他形式的痴呆症是社会日益沉重的负担，也是老年人死亡的主要原因。没有治愈方法。来自地下水位和海水入侵的盐越来越多地影响着世界各地的作物生产。据估计，全球多达50%的灌溉土地可能受到盐化的影响。

不合逻辑的推论?不必要。

由墨尔本大学和柏林FMP领导的新研究发现，这两个全球性问题之间存在着迷人的联系，这些问题正在开启植物生物学和神经科学领域的新研究领域。共同的线程出现在与称为微管的微观结构相关的某些蛋白质中; 圆柱形细丝在引导细胞内物质运输中起关键作用。

在植物中，微管指导纤维素的合成，纤维素是控制细胞形状的主要细胞壁组分，并且是木材形成的基础。在大脑中，微管有助于运输神经元内的物质，这是大脑和神经系统的基石。

微管使用相关蛋白质来运输物质，而其他蛋白质则有助于保持它们的完整性。

支持微管功能的蛋白质是Tau，它于1975年在普林斯顿大学被发现。功能失调的Tau与神经变性有关，最终导致阿尔茨海默氏症或一系列其他神经系统疾病，并最终导致死亡。

20多年来，这种蛋白质被许多人视为有效疫苗或其他治疗阿尔茨海默氏症的关键。

CC1是植物微管结合蛋白，具有更近的历史。

2015年，现任墨尔本大学澳大利亚研究委员会未来研究员的Staffan Persson教授领导了Anne Endler博士和Christopher Kesten博士的研究，研究植物如何应对盐胁迫。

“我们发现我们称之为CC1和CC2的蛋白质在某种程度上能够保护植物生产纤维素的能力 - 这是植物生长的先决条件 - 在暴露于盐胁迫期间，”Perrson教授说。

Kesten博士是Nature Communications上发表的新研究的联合主要作者，现在是苏黎世联邦理工学院的研究员，他说CC1蛋白在纤维素合成过程的多个阶段起作用。

“我们知道CC1蛋白的一部分与细胞膜中的纤维素合成酶蛋白结合，但蛋白质也含有与微管结合的细胞内部的一部分，”他说。

“这似乎是蛋白质对于帮助植物抵抗盐胁迫的重要因素。因此，我们真正感兴趣的是与微管结合的蛋白质部分。”

Persson教授，Kesten博士及其在澳大利亚，德国和瑞士的同事随后着手更好地了解CC1的结构及其工作原理，并在此过程中发现CC1和Tau之间存在一个有趣的联系。

“我们采用了多种不同的方法来尝试和破译CC1如何与微管结合，定位蛋白质中的结合区域，并评估我们是否可以改变其中一些以消除蛋白质的微管相关功能，”Kesten博士说。 。

柏林FMP的博士生，该研究的共同主要作者Arndt Wallmann先生说，当他们发现CC1有四个直接连接到微管的线性图案时，团队很兴奋。

“结合基序以某种方式间隔，当我们观察这四个结构域之间的间距和结合的高度动态特性时，它与你在Tau蛋白中看到的非常相似，”沃尔曼先生说。

“这让我们非常兴奋，因为Tau可能是生物学中研究最多的微管蛋白 - 如果你在MEDLINE上查找Tau，你会发现数以千计的论文。”

佩森教授说：“在其他王国，人们已经找了很长时间才能找到Tau的近亲，但在植物中没有找到。”

来自FMP柏林的Oschkinat教授解释说，相似性并不以结合域的数量和间距结束，使得两者之间的联系更加有趣。

“核磁共振向我们证明CC1是一种非结构化蛋白质，因为它不具有大多数蛋白质中常见的片状或螺旋状结构.Tau也是如此，”他说。

“疏水性氨基酸富含CC1的微管结合基序。这也发现在Tau。当我们匹配构成两种蛋白质的微管结合域的氨基酸片段时，它们的组成惊人地相似。”

由此得出的明显结论是，Tau和CC1都来自一种普通的祖先蛋白质，这种蛋白质在植物和动物在生命树中采用不同分支之前就存在，但是主要作者并不认为情况就是这样。

“一种可能性是这种共享功能可能是通过收敛进化而产生的，所以基本上你从两种相对不相关的蛋白质开始，然后这些蛋白质的功能随着时间的推移会聚成相似的，但它们可能来自不同的祖先蛋白质， “佩尔森教授说。

“我们之所以认为这是因为Tau还有其他蛋白质结构域，我们在CC1中找不到它们。同样，CC1是一种跨膜蛋白，所以它横跨细胞膜，事实并非如此对于Tau，“Kesten博士说。

“因此，除了这些微管结合或捆绑或稳定功能外，这两种蛋白质的其他部分可能具有完全不同的功能，”Wallmann先生补充道。

找到这个链接后，研究人员正在尝试将两种蛋白质CC1和Tau结合起来，以更好地了解它们的工作原理。

佩尔森教授说：“我们已经筛选了第一批接种CC1的种子，并将细胞内的部分交换为Tau的相关部分。”

佩尔森教授认为，通过这种操作，他们可以改变蛋白质微管结合能力的功能。

“将Tau中的部分添加到CC1可能不是理想的这种蛋白质在植物细胞中的作用，但它可能会教会我们很多关于这种相互作用是如何发生以及它如何影响蛋白质功能的，”他说。

“这对我们理解神经元中的蛋白质也非常重要。”