Cell子刊：神经细胞为何如此强韧

　　

生物通报道：人体中的神经细胞可以达到三英尺长，而且不会发生断裂或瓦解，是什么让神经细胞如此强韧呢？

Illinois大学的研究人员发现，细胞骨架成分中的一种独特修饰，让神经元上长长的轴突特别强韧，文章发表在四月十日的Neuron杂志上。这一发现将帮助人们更好的对神经退行性疾病进行治疗。

微管是由微管蛋白tubulin聚合而成的中空长圆柱，是机体所有细胞内的重要骨架。神经元中的微管负责细胞内运输、促进轴突生长，是神经形态形成的基础。

“除了神经元之外，细胞的微管处于持续动态中，不断经历拆卸和重建，”领导这项研究的Illinois大学教授Scott Brady说。在机体中只有神经元生长得如此之长，而且一旦生成这些神经元就将伴随个体一生，例如80或100年。

与其他细胞相比，神经元中的微管特别稳定，能够耐受多种实验条件。例如，在低温、Ca2+或有丝分裂抑制剂等条件下，一般细胞中的微管会瓦解，但神经元中的微管却依然稳定。这样的稳定性对于轴突的正常生长和维持很重要。不过，在衰老或神经退行性变中，神经元微管过于稳定也会损害神经元的正常功能。

在此前的研究中Brady指出，神经元的稳定性依赖于微管蛋白tubulin的一种独特修饰。“但当时我们还无法确定这种修饰是什么，”他说。

于是，文章的第一作者Yuyu Song开始着手解决这一问题，她原是Brady实验室的一名研究生，现在是Howard Hughes医学研究所的一名博后。

研究人员利用多方法解析了tubulin上的修饰，以及该修饰发生的位点。他们发现，微管蛋白tubulin上容易破裂的薄弱环节，都通过化学键连上了多胺，而且负责添加这些保护性的多胺的是谷氨酰胺转移酶（transglutaminase）。

研究显示，谷氨酰胺转移酶催化翻译后修饰，给微管蛋白的薄弱环节添加了多胺，增加了蛋白所带的正电荷。研究人员在体内和体外实验中，分别抑制了神经元中的多胺合成和谷氨酰胺转移酶活性，使神经元微管的稳定性显著降低。

封闭微管蛋白tubulin的薄弱位点，使神经元微管获得了非凡的稳定性，Brady说。研究人员还指出，微管稳定性的增加与神经元可塑性降低有关。在衰老和一些神经退行性疾病的进程中，神经元微管过于稳定降低了神经元的可塑性，损害了神经元的正常功能。他们认为，进一步研究将有助于开发预防神经退行性变的新途径，并且帮助人们实现神经再生。

 

（生物通编辑：叶予）

生物通推荐原文摘要：

Transglutaminase and Polyamination of Tubulin: Posttranslational Modification for Stabilizing Axonal Microtubules

Neuronal microtubules support intracellular transport, facilitate axon growth, and form a basis for neuronal morphology. While microtubules in nonneuronal cells are depolymerized by cold, Ca2+, or antimitotic drugs, neuronal microtubules are unusually stable. Such stability is important for normal axon growth and maintenance, while hyperstability may compromise neuronal function in aging and degeneration. Though mechanisms for stability are unclear, studies suggest that stable microtubules contain biochemically distinct tubulins that are more basic than conventional tubulins. Transglutaminase-catalyzed posttranslational incorporation of polyamines is one of the few modifications of intracellular proteins that add positive charges. Here we show that neuronal tubulin can be polyaminated by transglutaminase. Endogenous brain transglutaminase-catalyzed polyaminated tubulins have the biochemical characteristics of neuronal stable microtubules. Inhibiting polyamine synthesis or transglutaminase activity significantly decreases microtubule stability in vitro and in vivo. Together, these findings suggest that transglutaminase-catalyzed polyamination of tubulins stabilizes microtubules essential for unique neuronal structures and functions.