大脑中未知的分子语言
神经元负责接收来自外界的信息，并将这些信息传递给我们身体的其他部位。为了正常工作，它们需要通过突触进行交流，突触是一种特殊的结构，充当神经元之间的连接。突触不仅连接神经元，还接收、处理、存储和控制在这个网络中流动的所有信息。因此，它们对大脑功能至关重要。突触的故障会影响记忆、空间定位、学习能力和注意力持续时间。这种失败也是许多脑部疾病的根源，如阿尔茨海默氏症、痴呆、自闭症、多动症、帕金森症、癫痫和精神分裂症。
全分子基础的现有知识突触是缺乏的，但一项新的研究发表在PNAS可以改变现状。研究人员创建了突触中存在的最完整的蛋白质注释资源，这可能在未来的健康研究中有用，例如为脑部疾病提供早期诊断，并确定更具体的药物靶点。
突触充满了蛋白质机械了解它们的内容可以让我们获得如此多的分子和功能信息，”冲绳科学技术研究生院(OIST)细胞和分子突触功能单元的科学家、该论文的主要作者Zacharie Taoufiq博士解释道。“我们知道我们目前对突触蛋白质组的知识有很大的空白，所以我们开发了一种方法来寻找所有已知缺失的蛋白质。令我们惊讶的是，我们发现了许多新的和以前隐藏的突触蛋白。”
来自OIST、德国哥廷根马克斯·普朗克生物物理化学研究所和日本京都Doshisha大学的合作者参与了研究，该研究小组在这一领域采用了传统的“蛋白质组学”方法，科学家们在想要识别每一种蛋白质时都会使用这种方法蛋白质把它混合在一起，然后把它改造得更强大。这种新方法揭示了许多隐藏的多肽序列，而多肽是蛋白质的组成部分。该小组特别想要识别出可能在很大程度上与其他蛋白质相似但功能不同的蛋白质。
结果是惊人的。研究小组总共鉴定出4439种突触蛋白，其中1466种是在突触囊泡(SV)中发现的，比之前已知的多三倍。研究小组进一步研究了SV蛋白。他们在一个图上量化了它们，从最多到最少排列。“有100万倍的差异，”陶菲克博士说。“我们发现了一些非常丰富的蛋白质，占SV蛋白质总量的90%。但也有这种令人难以置信的多样性和似乎是SV亚种群。似乎突触蛋白质组的结构就像语言一样，有一些经常使用的单词(或蛋白质)和许多不太频繁但更具体和有意义的单词。”
为了揭示一些隐藏蛋白质的功能，研究人员通过基因操作神经元来抑制这些蛋白质。一个例子是突触内囊泡室循环所需要的蛋白质。如果没有这种蛋白质，突触传递信息的能力就会下降。有趣的是，研究人员发现，含量较低的蛋白质往往具有一些最重要的功能。
Taoufiq博士说:“在1466种SV蛋白质中，我们发现了与200种不同的脑部疾病的联系。”“我发现非常令人惊讶和有趣的是，大多数疾病的原因都与最不丰富和以前隐藏的蛋白质有关。”
其中一种疾病是阿尔茨海默病。的临床试验目前治疗阿尔茨海默病的失败率为99.6%。陶菲克博士推测，这是因为患者的症状可能看起来相似，但实际上是由不同蛋白质的故障引起的。“这项研究已经形成了突触中所有不同蛋白质的目录。这将为研究大脑突触的区域多样性和进化多样性奠定基础。我们新的蛋白质组学方法也将是找到每个病人疾病的分子原因的关键。下一个困难但不可避免的任务。”
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