
图:SMN集中在人类细胞核(蓝色)的卡哈尔体(左边,红色)。如果SMN的磷酸化被抑制,浓度停止,卡哈尔体消失。
资料来源:AG Gruss /波恩大学
我们体内几乎所有的细胞都有细胞核:细胞核是一种有点球形的结构,通过细胞膜与细胞的其他部分分离。每个细胞核包含人类所有的遗传信息。因此,它就像一个图书馆——但它有严格的要求:如果细胞需要蛋白质的构建指令,它不会简单地借用原始信息。相反,它的转录本在细胞核中形成。
这需要非常复杂的机制,尤其是因为转录本不是简单的副本。除了必要的信息外,基因中还包含着大量毫无意义的“垃圾”。当文字记录被制作时,它们被删除。生物学家称这种编辑修订为“剪接”。
波恩大学遗传学研究所教授奥利弗·格鲁斯博士解释说:“SMN复合体在剪接中扮演着重要的角色,它是一个由9种不同蛋白质组成的‘分子机器’。”他也是该大学跨学科研究领域“生命与健康”的成员。“有趣的是,这些机器在细胞核中并不是均匀分布的。相反,它们会聚集在被称为卡哈尔尸体的特定地点。”然而,细胞核中没有将SMN复合物带到Cajal体的运输机制。相反,SMN蛋白本身具有某些特性,这些特性负责它们的聚集。这些是什么,直到现在还不清楚。
SMN配合物携带异常大量的磷酸基
SMN配合物有一个显著的特点:它们携带了异常大量的磷酸基,这是一个小分子残基,在中心有一个磷原子。“我们怀疑这种磷酸化促进了它们大量聚集成卡哈尔体,”来自Oliver Gruss研究小组的Maximilian Schilling博士解释说。
磷酸基并不是蛋白质实际蓝图的一部分——它们稍后被添加,也可以再次被移除。这通常是细胞如何调节各自蛋白质的活性。在这个过程中,磷酸基被某些酶(激酶)所连接。“我们现在已经分别抑制了数百种人类激酶中的每一种,并研究了它们是如何影响卡哈尔体的形成的,”席林说。
通过这种方式,他们遇到了一个激酶网络,当被抑制时,卡哈尔体基本上消失了。进一步的分析显示,在没有这些激酶的情况下,SMN复合体特定位点的磷酸化水平急剧下降。这随后导致细胞核中的快闪族停止——卡哈尔体分解。这一发现特别有趣,因为发现的激酶不仅调节剪接,而且还调节以这种方式编辑的基因转录本的翻译成蛋白质。因此,这些酶对这一重要过程的各个步骤都至关重要。
突变导致严重疾病
人类遗传学家知道SMN复合体不仅因为它在剪接中的作用:其蓝图中的个体突变会导致受影响的人患上严重的疾病,即脊髓性肌肉萎缩。大约6000个新生儿中就有一个生来就有这种基因缺陷。治疗非常昂贵;每个病人的费用达数百万美元。“一些导致脊肌萎缩的基因缺陷靠近SMN复合体的磷酸化位点,”格鲁斯解释说。“因此,受影响的个体可能会受损磷酸基对这些部位的附着,从而也会损害卡哈尔体的形成。我们怀疑这导致剪接受损,进而导致疾病症状。”
因此,鉴定出的激酶可能也适合作为新疗法的起点。来自人类脊髓肌萎缩小鼠模型细胞的初步结果显示,增加激酶活性的药物也能改善卡哈尔体的形成。“目前还完全不清楚这些制剂是否也能改善一个复杂生物体的病理变化,”格鲁斯警告说,不要抱有过高的期望。“因此,在这个阶段,新的治疗方案最终会出现,这仍是猜测。”