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科学家们早就知道，细胞的“蛋白破坏机器”---蛋白酶体（proteasome）---在大脑内的蛋白清除中发挥着关键作用。然而，一项新的研究表明其作为蛋白酶体的一种基本组成部分，19S调节颗粒在突触中具有独立的“兼职”作用，因此可能为一系列神经系统疾病的诊断和治疗提供新的机会。相关研究结果发表在2023年5月26日的Science期刊上，论文标题为“An abundance of free regulatory (19S) proteasome particles regulates neuronal synapses”。
达尔文的进化理论强调了自然界中适应性和多样性的重要性。在生物细胞内，蛋白是否也能在新的环境下发挥新的功能？对于大脑的主要蛋白降解机器来说，答案似乎是肯定的，特别是当它位于突触处时，这就揭示了一种迄今为止未知的使突触能够根据不同的环境而改变的机制。
蛋白酶体中的19S调节颗粒的作用一直只与它在蛋白酶体复合物中的功能有关，在那里它与蛋白酶体的20S催化颗粒合作，识别并清除不需要的或受损的蛋白---这种机制对大脑的正常发育和功能至关重要。
通过使用一种称为DNA PAINT的超分辨率成像技术，这些作者注意到突触中存在大量游离的19S调节颗粒，它们在没有20S催化颗粒陪伴的情况下四处漂浮。论文第一作者、德国马克斯-普朗克大脑研究所副教授Chao Sun博士解释说，“我们意识到的是，19S调节颗粒不仅是20S催化颗粒的搭档。它还作为许多关键突触蛋白的独立调节因子单独起作用。这为我们理解突触处的蛋白功能揭示了一个全新的维度。”
突触附近的19S调节颗粒的兼职功能。图片来自Science, 2023, doi:10.1126/science.adf2018。
这些作者发现大量游离的19S调节颗粒似乎与一些突触蛋白相互作用，包括那些参与神经递质释放和检测的蛋白，从而调节突触处的信息传递和储存。
Sun解释说，“通常情况下，如果细胞大量地制造了一种蛋白成分，它需要摆脱这种蛋白的多余数量。因为细胞不喜欢有多余的蛋白躺在那里，特别是当它们找不到搭档来实现蛋白的功能时。我们称它们为‘孤儿蛋白（orphan protein）’。但在这种情况下，似乎突触正在利用这些游离的19S调节颗粒，并使它们适应在突触中履行替代功能。”
有了这个新发现，科学家们如今有了一种新的靶标，用于理解和治疗突触功能失调的神经疾病，如帕金森病和痴呆症。（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
Chao Sun et al. An abundance of free regulatory (19S) proteasome particles regulates neuronal synapses. Science, 2023, doi:10.1126/science.adf2018.
