Cell子刊：細胞再生的關鍵基因

　　來自賓夕法尼亞州立大學和杜克大學的科學家們確定了與損傷神經細胞再生相關的一個基因。由賓夕法尼亞州立大學生物化學和分子生物學助理教授Melissa Rolls領導的這一研究小組發現一個單基因的突變可以完全關閉軸突切斷或損傷后自我再生的過程。軸突是神經細胞負責向其他細胞傳送信號的部分。“我們希望這一發現將為與人類脊髓和其他神經系統疾病相關的新研究打開大門，”Rolls說。這一研究在線發表在11月1日的《Cell Reports》雜志上。

　　Rolls解釋說理論上軸突可在動物的整個生命周期存活。為了能夠存活，神經細胞需要具備復原能力，如果發生損傷或磨損和撕裂，一些可通過生長新軸突來修復損傷。Rolls和其他人的較早研究表明微管(運輸細胞基本構件的細胞內“高速”)有可能需要重建，是這種類型修復的一個重要步驟。“在很多方面，這一觀點是合理的：為了生長出神經新的部分，原材料是必要的，且需要組織微管高速將新材料帶到生長位點，”Rolls說。Rolls研究小組因此開始研究微管重塑蛋白在損傷后軸突再生中的作用。尤其，研究小組成員將焦點放在了一組將微管切割成小片段的蛋白質上。在這一組蛋白中，一種命名為spastin的蛋白質是軸突再生的關鍵作用因子

　　Rolls 解釋說：“spastin蛋白在再生中起關鍵作用，這一事實是相當有趣的，因為在人類中它是由一種稱作SPG4疾病基因編碼。當這一基因的一個拷貝遭到破壞，受累個體會形成遺傳性痙攣性截癱(HSP)，隨著脊髓中的長運動軸突(long-motor axon)退化以進行性下肢無力和痙攣為特征。因此，確定spastin的一個新神經元功能或許可以幫助我們了解這一疾病。”

　　為了研究 spastin的作用，Rolls和她的研究小組選擇了果蠅作為她們的模式生物。Rolls 說：“在分子水平上，人類神經細胞生長和再生相關的許多過程與果蠅是一樣的。并且像包括人類在內的所有其他動物一樣，果蠅每個基因有兩個拷貝，因此每個基因的不同組合可以導致不同的可見的性狀。”研究小組成員在實驗室養育了三組遺傳上不同的果蠅來觀察不同的spastin基因組合有可能是如何影響損傷后神經細胞的行為的。第一組果蠅具有兩個正常的基因拷貝;第二組具有一個正常拷貝，一個突變拷貝;第三組具有兩個突變拷貝。隨后，在所有三組中，科學家們切斷了果蠅神經細胞的軸突，觀察了再生過程。

　　Rolls 說：“在具有兩個正常基因拷貝的果蠅中，我們觀察到切斷的軸突自身巧妙地進行了再組裝。因為生命事件以及磨損和撕裂往往會引起損傷，如果果蠅要從神經創傷中痊愈就應當發生這一過程。然而，有趣的是，其他兩個組(具有兩個或甚至一個異常spastin基因的過程)根本沒有再生，表明在這里我們所經歷的是一個顯性問題。”Rolls解釋說當一個疾病基因只一個拷貝遭受破壞時會發生顯性遺傳病。例如人類的亨廷頓氏病就是一種顯性疾病，因為從父母處分別遺傳了一個正常基因和一個異常基因的人仍會生病。與之相比，囊性纖維化是一種隱性疾病：至少具有一個正常基因拷貝的人根本不會表現疾病。

　　科學家們還發現一個spastin基因受損只影響切斷后的軸突修復。這一基因似乎在軸突第一次組裝的發育階段不起作用。此外，研究人員還發現當基因影響果蠅軸突時，它們的樹突繼續發揮功能，正常自我修復。

　　Rolls 說：“我們現在知道spastin在軸突再生中起重要作用，并且這一基因是顯性的，我們朝著研究與神經細胞損傷相關的人類疾病開辟了一條可能的途徑。事實上，我們下一步打算探究遺傳性痙攣性截癱(HSP)與軸突再生的關聯。”Rolls補充說編碼人類spastin 的SPG4基因是唯一與HSP相關的疾病基因，因此她和她的同事現在正在測試是否其他的疾病基因也在神經細胞的再生中起作用。