Nature:10多年后,有助预防脑疾病的基因被发现了
2018/05/18
10多年前,加州大学圣地亚哥分校的Susan L. Ackerman教授及其同事首次强调了脑部疾病的成因。经过对这一成因多年的深入研究,她和同事们现在又有了新突破:他们发现,一种被称为Ankrd16的基因能够阻止他们最初观察到的缺陷蛋白质的聚集,或为预防脑疾病带来希望。

DOI:10.1038/s41586-018-0137-8

5月16日,《自然》杂志以“ANKRD16 prevents neuron loss caused by an editing-defective tRNA synthetase”为题报道了这一研究成果。

科学家们之前发现,有缺陷的蛋白质会在阿尔茨海默症和帕金森病等神经系统疾病中引起有害的沉积或“聚集”(aggregates)。虽然这些蛋白质沉积的原因仍然是个谜,但众所周知,当细胞无法将适当的遗传信息传递给蛋白质时,会产生异常聚集。

Image reveals Purkinje cells(gray)and their dendrites,as well as an accumulation of protein deposits(red dots). Credit:Ackerman Lab/UC San Diego

通常,从基因到蛋白质之间的信息传递受到严格的控制——即生物学上的“校对”和纠正(“proofread”and corrected),这一过程可避免产生不当的蛋白质。在最新这项研究中,主要作者Ackerman、My - Nuong Vo等人发现,Ankrd16基因拯救了被称为浦肯野细胞(Purkinje cells,该细胞会在校对失败时死亡)的特定神经元。(在没有正常水平的Ankrd16的情况下,这些位于小脑的神经细胞错误地激活氨基酸丝氨酸,然后丝氨酸不正确地结合到蛋白质中并引起蛋白质聚集)。

“简而言之,你可以认为Ankrd16就像海绵或“故障保险”(failsafe)一样,能够捕获被错误激活的丝氨酸,并防止这种氨基酸不正确地结合到蛋白质中。当神经细胞校对和纠正错误的能力下降时,这特别有用。”Ackerman说。

Proofreading defect bypassed. Credit: Ackerman Lab/UC San Diego

在浦肯野细胞中,Ankrd16的水平通常较低,使得这些神经元容易受到校对缺陷的影响。提高Ankrd16的水平可以保护这些细胞免于死亡,而从校正缺陷小鼠的其他神经元中去除Ankrd16会导致异常蛋白的广泛积累,最终导致神经元死亡。

最后,研究人员指出,对少数疾病突变基因(如Ankrd16)的识别可以帮助理解神经退行性疾病的潜在病理,这可能是了解疾病发展的一条很有希望的途径。

责编:艾曼

参考资料:

Researchers identify gene that helps prevent brain disease

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  • ANKRD16 prevents neuron loss caused by an editing-defective tRNA synthetase

    Editing domains of aminoacyl tRNA synthetases correct tRNA charging errors to maintain translational fidelity. A mutation in the editing domain of alanyl tRNA synthetase (AlaRS) in Aarssti mutant mice results in an increase in the production of serine-mischarged tRNAAla and the degeneration of cerebellar Purkinje cells. Here, using positional cloning, we identified Ankrd16, a gene that acts epistatically with the Aarssti mutation to attenuate neurodegeneration. ANKRD16, a vertebrate-specific protein that contains ankyrin repeats, binds directly to the catalytic domain of AlaRS. Serine that is misactivated by AlaRS is captured by the lysine side chains of ANKRD16, which prevents the charging of serine adenylates to tRNAAla and precludes serine misincorporation in nascent peptides. The deletion of Ankrd16 in the brains of Aarssti/sti mice causes widespread protein aggregation and neuron loss. These results identify an amino-acid-accepting co-regulator of tRNA synthetase editing as a new layer of the machinery that is essential to the prevention of severe pathologies that arise from defects in editing.

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