我们如何控制神经元“快递”的行动?

　　

在神经元内部，马达蛋白沿着被称为微管轨道的线状道路运送贵重物品。

这种微型高速公路系统对于保持神经元健康至关重要:当交通顺畅时，关键材料能够到达细胞中需要它们的遥远区域。当系统崩溃时，它会阻碍细胞功能，导致细胞死亡。

现在，科学家们发现了一种新的交通控制工具。在2021年12月发表在《发展》(Development)杂志上的一项研究中，研究人员描述了一种名为GSK3β的酶如何作为一种名为驱动蛋白1的运动蛋白的停止开关。

“我们的论文详细说明了GSK3β如何将分子标签附着到驱动蛋白1马达上，这使得马达停止而不脱离微管轨道。我们非常兴奋，因为现在我们知道如何控制‘引擎’，当它在轨道上移动时，”资深作者Shermali Gunawardena博士说，他是布法罗艺术与科学学院大学的生物科学副教授。

“通过发动机运输货物是一个紧密协调的过程，但控制这些沿着微管轨道的‘发动机’的分子机制在很大程度上仍是未知的。”该研究的第一作者Rupkatha Banerjee博士说，她是佛罗里达州斯克里普斯研究中心的博士后研究员，在UB完成了生物科学博士学位。

Banerjee补充说:“我们的工作提供了对酶GSK3β如何作为驱动蛋白1马达的关键调节器的深入理解。”“具体来说，我们已经在驱动蛋白1上确定了一个由GSK3β修饰的精确位点。利用分子生物学、体外分析和苍蝇遗传学，再加上体内成像技术，我们能够梳理出这一特定部位的破坏如何影响整个生物体的运动和运动对货物或微管轨道的附着的机制细节。”

这些基于实验室实验，包括果蝇幼虫神经元的发现，可能为未来研究暂停运动作为一种治疗疾病的机制打开大门。

Gunawardena强调癌症是一个潜在的例子:“在癌症中，细胞快速分裂，而马达参与其中。因此，如果你能停止马达，你就能影响细胞的连续分裂”。

从另一个角度来看，她指出，“在一些神经退行性疾病中，你会看到神经元内的货物堵塞，因为东西在路上被卡住了。如果我们能控制马达并使其停止，也许我们能帮助清理轨道并清除这些障碍物。在加州的部分地区，在高峰时段，交通灯只允许一定数量的汽车在特定时间进入，以防止高速公路太满，这会减慢交通速度，造成交通堵塞。也许我们也可以把这个概念应用到神经元上，如果我们可以通过打开或关闭马达来控制它们的话。”

该研究的共同作者还包括Piyali Chakraborty，乌兰巴托大学神经科学项目的硕士毕业生，以及乌兰巴托大学生物科学副教授Michael C. Yu博士。

除了详细说明GSK3β如何阻止驱动蛋白1的运动，该研究还探索了该酶与运动蛋白相互作用的其他方面，结果强调了GSK3β在生物体神经元内微调驱动蛋白1运动运动中发挥重要作用的观点。

Banerjee说:“该论文强调运动功能的微调，作为一种潜在的方法，可以修复导致神经退行性变和癌症的运输缺陷。”

文章标题

A stop or go switch: glycogen synthase kinase 3β phosphorylation of the kinesin 1 motor domain at Ser314 halts motility without detaching from microtubules