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马拉松运行的分子可以加速新的神经系统治疗的竞争

华威大学的科学家们已经发现了一种新的过程,它可以通过我们的神经元设置最快的分子马达。

该研究结果现已发表在Nature Communications上,为某些神经系统疾病的新疗法铺平了道路。

该研究的重点是KIF1C:一种基于蛋白质的微小分子马达,可沿着神经元内的微观管状轨迹(称为微管)移动。电动机将化学能转化为机械能,用于沿着微管轨道输送各种货物,这是维持适当的神经功能所必需的。

神经元是构成神经系统基础的细胞,具有在大脑,脊髓和身体其他部位之间传递信号的重要功能。它们由一个体细胞,树突和一个轴突组成,这是一个从细胞传出信号到其他神经元的长投影。

分子马达需要处于非活动状态并停放,直到货物装上它们为止。神经元是一种异常长(最多3英尺)的神经细胞,由于这种马拉松距离,这些微小的分子马达需要继续运行,直到最后交付货物。

货物运输不足是造成一些使人衰弱的神经系统疾病的重要原因。有缺陷的KIF1C分子马达导致遗传性痉挛性截瘫,影响全球约135,000人。其他研究还发现了缺陷分子运动与神经系统疾病如阿尔茨海默病和痴呆之间的联系。

研究表明,当没有装载货物时,KIF1C可以通过折叠自身来防止自身附着在微管轨道上。科学家还发现了两种蛋白质:PTNPN21和Hook3,它们可以附着在KIF1C分子马达上。这些蛋白质展开KIF1C,激活它并允许电机连接并沿着微管轨道运行 - 就像为马拉松比赛射击起始手枪一样。

新发现的KIF1C激活剂可能会刺激遗传性痉挛性截瘫患者的缺陷神经细胞内的货物运输,这是该团队目前正在探索的可能性。

在评论这项研究的未来影响时,华威医学院的Anne Straube博士说:“如果我们了解电机是如何关闭的话,我们可以设计出具有改变性能的蜂窝运输机器。这些可能会转移到患者体内。通过利用它们浓缩酶或化学试剂的能力,它们可以用于纳米技术来构建新材料。我们还研究了具有患者突变的电机的特性,以了解它们为什么功能较少好。

“我们对电机如何调节仍然知之甚少。人体细胞中有45种驱动蛋白,但我们只知道电机是如何被激活的,少数几种。KIF1C是神经元和电机中最快的电机。这是最通用的 - 它可以有效地将货物运送到神经元中的所有过程,而不仅仅是轴突。

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