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冬眠的松鼠启示科学家找到中风恢复药物

2017/11/21 来源:生物探索
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导读
以冬眠的松鼠为灵感来源,一个由美国NIH资助的科学家小组发现了一种潜在的药物,它可以模仿那些保护动物大脑渡过冬眠的细胞变化,从而给缺血性中风患者的大脑带来同样的恢复能力。这项研究发表在FASEB杂志上。


在与中风造成的脑损伤作斗争的过程中,研究人员发现了一个看似不可能的灵感来源——冬眠的地栖松鼠。

虽然动物的大脑在冬眠过程中经历了显著的血流减缓,就像某些中风后的人类病人一样,大脑细胞中氧气和血糖等生存所需要的营养会减少。但地栖松鼠从它们的冬眠中苏醒后,没有受到任何不良影响。

发现松鼠安全冬眠的秘密

美国NIH的国立神经疾病和中风研究所(NINDS)的项目主任Francesca Bosetti博士说:“几十年来,科学家一直在寻找一种有效的中风后大脑保护疗法,但毫无效果。如果在以后的实验中该化合物能够成功地减少脑组织的死亡,和进一步提高大脑的恢复能力,则可能成为缺血性脑卒中后保护脑细胞的新方法。”

最近,在NINDS 的John Hallenbeck博士带领下的研究团队,从某种冬眠的地栖松鼠中发现一个称为SUMO化的细胞过程。Hallenbeck博士猜测这就是造成动物在大脑血流量减少的冬眠中存活下来的机制,随后细胞和小鼠的实验证实了他的猜测。

研究的第一作者Joshua Bernstock说:“如果我们能了解冬眠中用来保护大脑的过程,我们就可以帮助人们在中风后恢复。”

筛选中风后保护大脑的化合物

SUMO化发生在酶催化一种称为小泛素样修饰(SUMO)的分子标记到蛋白质上去的时候。其他称为SUMO特异蛋白酶(SENPs)的酶可以分离这些标签,从而降低SUMO化修饰。在目前的研究中,Bernstock和他的同事联手在NIH的国家推进转化科学研究中心(NCATS)检测了超过4000个的分子集合,是否可以通过阻断一种叫做SENP2的SENP而促进SUMO化修饰,从而在缺乏维持生命的物质时保护细胞。

研究人员首先使用一个自动化的过程,来检测化合物是否能阻止SENP2切断一个微小的金属珠和人工SUMO蛋白的连接。这个系统伴随着随着计算机建模和细胞内外的进一步测试,几千个候选分子下降到八个。其中的两个:依布硒(ebselen)和6-硫鸟嘌呤(6-thioguanine),被发现能够在大鼠细胞中增强SUMO化修饰,并保持它们在氧气和葡萄糖缺乏时能够存活。

最终的实验结果表明,和对照相比依布硒能够增强健康小鼠大脑中的SUMO化修饰。没有测试6-硫鸟嘌呤的原因是因为它是一个有副作用的化疗药物,不适合作为一个潜在的卒中治疗剂。研究人员现在计划测试依布硒是否可以保护脑卒中动物模型的大脑。

因为SUMO化影响各种分子,Bernstock相信他们团队的做法,可以激发类似试图通过靶向各种途径的治疗神经系统疾病的想法。他也希望这将促使别人多了解自然模型,比如他和Hallenbeck博士做的地栖松鼠。

参考资料

1) Quantitative high-throughput screening identifies cytoprotective molecules that enhance SUMO conjugation via the inhibition of SUMO-specific protease (SENP)2

2) Hibernating ground squirrels provide clues to new stroke treatments

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