神经科学突破:缺失链接解释了mRNA在脑细胞中的传递

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.