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揭示神经细胞中核糖体的详细结构

蛋白合成是细胞中被称为核糖体的大分子微调的过程。哪些调节剂负责控制大脑中的蛋白质合成,它们如何对核糖体发挥控制作用?为了解决这个问题,柏林Charité大学的一组研究人员对大脑核糖体复合物的结构进行了非常详细的研究。研究小组能够确定一个新的因素,它也参与控制大脑的发育。这项研究的详细信息已发表在《分子细胞》上。

蛋白质稳态是指维持细胞中蛋白质水平的微妙平衡,这对神经元特别重要。蛋白质异常产生是许多脑部疾病的特征。在称为新皮层的大脑皮层复杂部分的早期发育过程中,高精度蛋白质的生产至关重要。在膜蛋白的生产中尤其重要,膜蛋白在神经细胞之间的突触接触的细胞间位置中起着重要作用。

核糖体是细胞的“分子蛋白质工厂”,是蛋白质稳定所涉及的调节过程的核心。一系列分子可影响核糖体功能,并负责控制不同组织和不同发育阶段中特定蛋白质的产生。这些各种因素在发育过程中与核糖体相互作用的方式仍然广为人知。但是,一组Charité研究人员已经成功地观察到了发育中的大脑中核糖体的蛋白质产生。

Charité医学物理与生物物理研究所所长Christian Spahn博士说:“这是首次以接近原子级的分辨率将核糖体复合物在大脑内部的作用中显现出来。” “虽然核糖体复合物的结构已在其他组织和生物体中定位,但我们的方法使我们能够确定Ebp1为负责大脑发育期间控制核糖体功能和特定蛋白质合成的新关键因子。” 调节蛋白Ebp1(ErbB3结合蛋白1的缩写)与核糖体之间的相互作用发生在核糖体的出口通道,新形成的蛋白质链通过该通道从核糖体中出现。通过这种互动,

作为连接结构生物学和神经科学各个方面的多学科项目的一部分,研究人员使用了冷冻电子显微镜(cryo-EM)作为主要研究工具,并将其与质谱,RNA测序和遗传技术相结合。低温EM成像技术使科学家能够确定蛋白质结构-特别是包含多个分子的较大复合物-在极低的温度和接近生理条件下。该研究的第一作者Matthew L. Kraushar博士(柏林马克斯·普朗克分子遗传学研究所(MPIMG)的神经科学家,之前是Spahn教授实验室的成员)解释说:“因此,我们可以使分子结构可视化可以在脑细胞内发现高分辨率的核糖体。我们能够捕获正在运行的核糖体快照。”

“各种类型的脑细胞中的蛋白质生产均需经过精细调整的控制机制。微小的变化会导致重大后果,例如神经退行性疾病或发育受阻。我们对核糖体在正常大脑发育过程中的作用的研究结果将有助于我们更好地理解影响大脑的病理变化。” Spahn教授说。下一步,研究人员正在进行大规模研究,以了解核糖体在整个大脑发育过程中将消息从遗传密码(mRNA)转换为多种必需蛋白质的方式。

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