細胞經常暴露在可能危及生命的壓力環境中，如高溫或毒素。 幸運的是，我們的細胞是壓力管理的大師，它們有一個強大的反應程序: 它們停止生長，產生壓力保護因子，並形成大的結構，這就是所謂的壓力顆粒。
德累斯頓大學生物技術中心(BIOTEC)和馬克斯 · 普朗克分子細胞生物學和遺傳學研究所(MPI-CBG)的科學家與海德保和聖路易斯(美國)的合作伙伴一起研究了這些神秘的結構是如何組裝和溶解的，以及什麼可能導致它們轉變為一種病理狀態，就像在神經退行性疾病如 ALS (肌萎縮性嵴髓側索硬化症)中觀察到的那樣。 他們的研究結果發表在著名的科學雜誌《細胞》上。
肌萎縮性側索硬化症是中樞神經系統的一種迄今為止無法治癒的疾病，在這種疾病中，負責肌肉運動的運動神經元(即神經細胞)逐漸死亡。 壓力顆粒在這個過程中起作用嗎？
應力顆粒形成於細胞質中，由大量的信使 rna 和 rna 結合蛋白等大分子組分組成。 應力顆粒的動態特性促使應力顆粒在應力下降時發生分解。 然而，肌萎縮側索硬化症的一個特點是存在非動力的，持久的應力顆粒形式。
“在肌萎縮性側索硬化症中，患者會出現肌肉無力和癱瘓。 應力顆粒狀運動神經元緩慢退化，導致運動功能逐漸喪失。 我們需要更好地瞭解應激顆粒的複雜生物學，以便設計和開發未來的治療策略，抵消疾病的進程。 但是，生物體內細胞的複雜環境使得這一過程變得困難，”該論文的資深作者之一 Titus Franzmann 博士解釋說。
為了系統地檢驗他們關於壓力顆粒的組裝和導致分子變化的病理學假設，科學家們開發了一個控制環境，使用一個含有純化成分的體外系統，允許在試管中再造壓力顆粒。 他們逐步觀察應力顆粒的組裝過程，並對其動力學的關鍵因素進行了描述。
“應力顆粒的結構非常複雜。 然而，它們的形成主要依賴於一種單一蛋白質—— RNA 結合蛋白 G3BP 的行為，”該研究的第一作者之一 Jordina guill n-boixet 博士說。 “這種蛋白質經歷了一個關鍵的結構變化: 在非應力條件下，G3BP 處於一種緊湊的狀態，不允許應力顆粒聚集。 但在壓力下，RNA 分子與 G3BP 結合，使多種相互作用，促進組裝的動態應力顆粒。 正如我們在 ALS 疾病中觀察到的那樣，隨後由動力狀態向非動力狀態的轉變(例如可能由長時間的應激引起)可能會引發運動神經元的死亡。”
該研究項目始於2015年，由德累斯頓大學生物技術研究所的阿爾貝蒂研究小組領導。 德累斯頓大學、德累斯頓的馬克斯 · 普朗克分子細胞生物學和遺傳學研究所、海德保的歐洲分子生物學實驗室和美國聖路易斯的華盛頓大學的23名科學家的密切合作是該項目成功的關鍵。
西蒙 · 阿爾貝蒂教授: “還有許多問題沒有解決。 我們在 BIOTEC 的實驗系統現在可以進行進一步的測試，並將成為開發新的診斷和治療方法，以對抗 ALS 等神經退行性疾病的核心。”
新聞報道：
1) More information: Jordina Guillén-Boixet et al, RNA-Induced Conformational Switching and Clustering of G3BP Drive Stress Granule Assembly by Condensation, Cell (2020). DOI: 10.1016/j.cell.2020.03.049
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