摘要：EPFL的科學家們重現(xiàn)了在患有盧伽雷氏病和其他神經系統(tǒng)疾病的患者的大腦中發(fā)現(xiàn)的病理蛋白聚集體的關鍵特征
EPFL的科學家們重現(xiàn)了在患有盧伽雷氏病和其他神經系統(tǒng)疾病的患者大腦中發(fā)現(xiàn)的病理蛋白聚集體的關鍵特征，為潛在的機制提供了見解，并為新療法提供了有希望的途徑。研究結果發(fā)表在《Nature Neuroscience》雜志上。
圖1 科學家們重現(xiàn)了在患有盧伽雷氏病和其他神經系統(tǒng)疾病的患者大腦中發(fā)現(xiàn)的病理蛋白聚集體的關鍵特征
一些神經退行性疾病，如阿爾茨海默氏癥、帕金森氏癥和肌
萎(空)縮性側索硬化癥(ALS)，都是由蛋白質偏離方向并開始聚集成原纖維而引起的，這些原纖維積聚在特定的大腦區(qū)域?，F(xiàn)在，EPFL的科學家們發(fā)現(xiàn)了一種新的機制，可以解釋聚集體是如何變得病態(tài)并擴散到大腦的不同區(qū)域的。一個主要的懷疑是一種叫做TDP43的高度不穩(wěn)定的蛋白質。科學家們發(fā)現(xiàn)，在大腦中形成的TDP43聚集體在經過處理以顯示其“粘性"核心之前并不是隱性致病的。
TDP43蛋白的聚集是ALS和其他神經退行性疾病的標志。一旦形成，TDP43聚集體可以擴散到不同的大腦區(qū)域，在那里它們破壞正常和功能的TDP-43。但是首先是什么觸發(fā)了TDP-43的聚集呢?釋放其致病作用的機制是什么?這種知識差距阻礙了阻斷TDP-43聚集或中和其毒性的有效藥物的開發(fā)。
通過裂解釋放TDP43的致病作用
在這項最新的EPFL研究中，Senthil Kumar博士和Hilal Lashuel教授與賓夕法尼亞大學的科學家合作，發(fā)現(xiàn)了一種新的機制，負責釋放TDP43聚集體的致病作用，這些聚集體在試管中制備或從死后患者的大腦中分離出來。這些TDP43聚集體的表面必須首先被酶切割，以顯示隱藏的粘性表面，這些粘性表面吸引正常的TDP-43蛋白并誘導形成更多的聚集體。
該論文的第一作者Senthil T. Kumar博士說:“我們有能力在實驗室中開發(fā)出一種生產原纖維的新方法，這促進了這一發(fā)現(xiàn)，這種原纖維與ALS患者大腦中的原纖維具有相同的形態(tài)和結構特征。"
圖2 FL TDP-43纖維的制備及結構表征
使用低溫電子顯微鏡，在通過電子顯微鏡觀察之前，樣品被低溫冷凍，研究人員發(fā)現(xiàn)TDP-43細絲被埋在一個更大的細絲中，并且是不可接近的，也就是說，還不是病理的，因為它們被蛋白質的球狀部分覆蓋。只要這些細絲被埋在地下，它們就以隱身模式存在，其他分子或蛋白質無法接近。換句話說，當TDP43的外部涂層被切開，露出其“粘性"的內部細絲時，它就會變得病態(tài)，而當其外部涂層完好無損時，它仍處于隱身模式。
“我們的研究結果表明，抑制負責切割TDP-43纖維的酶是一種可行的治療策略，可以減緩TDP-43聚集體的形成，防止它們在大腦中擴散，從而減緩疾病的進展。下一步，我們計劃鑒定這些酶，并確定抑制它們的活性是否可以防止細胞和動物ALS模型中的TDP-43聚集和神經退行性變，"EPFL教授Hilal Lashuel說，他領導了這項研究的實驗室。
新的結果也對開發(fā)新的工具和方法來早期診斷ALS和其他神經退行性疾病有意義。保護的球狀層可以解釋為什么TDP-43原纖維如此難以檢測。通常用于檢測和監(jiān)測腦中其他可疑蛋白形成的原纖維的標準方法和染料通常無法檢測到TDP-43原纖維。“這也解釋了為什么使用完整的TDP-43原纖維開發(fā)顯像劑非常具有挑戰(zhàn)性。迫切需要這樣的顯像劑來實現(xiàn)早期診斷、監(jiān)測疾病進展和評估新療法的療效，"Kumar博士說。
圖3 一種形成TDP-43原纖維的機制模型
研究全長蛋白的重要性
TDP-43是一種高度不穩(wěn)定的蛋白質，可以快速聚集成不同的結構，因此以可重復的方式產生類似病理的TDP-43聚集體具有挑戰(zhàn)性。這迫使許多科學家研究蛋白質的小片段，特別是來自負責驅動其聚集的區(qū)域的片段。Kumar博士說:“當我們確定在實驗室中制備的TDP-43原纖維核心的蛋白質片段的結構時，我們獲得了與從患者大腦中分離的TDP-43原纖維不同的結構，盡管這些片段的氨基酸序列實際上是相同的。"
Hilal Lashuel說:“我們的研究結果表明，易聚集區(qū)域兩側的蛋白質序列在決定最終結構方面起著重要作用，而且在大腦中重現(xiàn)TDP-43聚集物的特性需要與全長蛋白質一起工作。這對于確保我們在實驗室開發(fā)的藥物、抗體和顯像劑有更高的機會參與患者大腦中與疾病相關的TDP-43聚集體至關重要。"
研究人員表明，他們可以生產出與患者大腦原纖維具有相同核心序列的TDP-43原纖維。Hilal Lashuel說:“但我們仍然需要確定未被掩蓋的原纖維核心是否具有相同的結構。如果我們證明了這一點，那么我們將擁有
唯(空)一一個允許在試管中產生實際病理的系統(tǒng)。這將對了解疾病相關突變和蛋白質修飾如何影響TDP-43聚集具有重大意義，并將促進開發(fā)阻斷TDP-43聚集、中和其致病性或與TDP-43聚集結合并促進其在大腦中的檢測的新藥。"
參考資料：
[1] Seeding the aggregation of TDP-43 requires post-fibrillization proteolytic cleavage
