神经科学突破:缺失链接解释了mRNA在脑细胞中的传递

MPI研究所团队的合作努力，首次证明了一种蛋白质复合物在信使运输中起着至关重要的作用核糖核酸在神经元。

　　

脑细胞的每个部分，甚至包括它们长长的分支，都参与蛋白质的产生。神经元缺乏这种功能会导致严重的神经系统疾病，如残疾和癫痫。

由德累斯顿马克斯普朗克分子细胞生物学和遗传学研究所(MPI)的Marino Zerial和多特蒙德分子生理学研究所的Stefan Raunser领导的团队有了一个重大发现。他们与来自法兰克福脑研究MPI和哥根廷生物物理化学MPI的同事合作，发现了一种新的机制，可以将信使RNA (mRNA)，蛋白质的蓝图，准确地传递到神经元中需要它的地方。

利用一系列技术，研究人员已经确定了一种名为FERRY的蛋白质复合物，它将mRNA与细胞内载体连接起来，并阐明了它的作用和结构。这一发现可能会使人们更好地了解由FERRY故障引起的神经系统疾病，并可能带来新的医疗目标。两篇研究结果背靠背发表在《Molecular Cell》杂志上。

Marino Zerial说:“这些出版物为阐明脑细胞中mRNA分布的潜在机制提供了重大进展。”

细胞利用mRNA作为蓝图和核糖体作为3D打印机来产生重要的蛋白质。然而，脑细胞有一个逻辑上的挑战需要克服:大脑中的树枝可以跨越几厘米的树状形状。该研究的第一作者Jan Schuhmacher说:“这意味着成千上万的mRNA需要被运输到远离细胞核的地方，就像为整个国家的超市提供适当的物流一样。”

到目前为止，研究人员将载体的作用归因于细胞内的球形隔室，称为晚期内体。然而，MPI的科学家们认为，由于早期核内体(Early Endosomes, EEs)能够沿着细胞内道路网络向两个方向移动，因此另一种不同形式的胞室也适合作为mRNA载体。在由德累斯顿MPI的Marino Zerial领导的第一篇论文中，科学家们发现了一种蛋白质复合物的功能，他们称之为FERRY(五亚基内体Rab5和RNA/核糖体中介)。在神经元中，FERRY与EEs相连，在运输过程中类似于捆绑带:它直接与mRNA相互作用并将其固定在EEs上，因此EEs成为mRNA在脑细胞中运输和分布的物流载体。

复杂的细节

但是FERRY是如何与mRNA结合的呢?这时，MPI的Stefan Raunser小组开始发挥作用。在第二篇论文中，Dennis Quentin等人使用低温电子显微镜(cryo-EM)来推断FERRY的结构以及允许该复合物与EEs和mrna结合的分子特征。FERRY的新三维原子模型分辨率为4 angstroms，显示了一种新的RNA结合模式，其中涉及线圈结构域。科学家们还解释了一些基因突变如何影响FERRY连接mRNA的能力，从而导致神经系统疾病。

Raunser说:“我们的研究为更全面地了解由mRNA运输或分布失败引起的神经系统疾病奠定了基础，这也可能导致治疗相关靶点的识别。”

参考文献:

“Structural basis of mRNA binding by the human FERRY Rab5 effector complex” Molecular Cell.

“The Rab5 effector FERRY links early endosomes with mRNA localization”  Molecular Cell.