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神经纤维导向的信号转导机理研究进展

日期: 2008-06-16

      2008年1月号的《自然神经科学杂志》发表饶毅和吴瑛实验室的论文,报道他们在轴突导向的新研究结果。

      神经细胞间的信息传递依赖于神经纤维。在发育期间,轴突导向是建立神经细胞之间联系的重要步骤。100年前,诺贝尔奖获得者、现代神经科学之父、西班牙解剖学家卡哈尔(S. R. Cajal)提出化学趋向导向原理。至1960年代,诺贝尔奖获得者、美国科学家Roger Sperry提供了强烈的证据支持化学亲和性导向。90年代以来,科学家们发现多个家族的导向分子,有的起吸引作用,有的起排斥作用。从低等的无脊椎动物到人都用一些导向性蛋白质。这些蛋白质通常作用于轴突末端的生长锥,结合与其表面受体,触发细胞内信号转导通路,调节细胞骨架和细胞运动,最终控制轴突生长和运动方向。

      饶毅实验室在轴突导向方面主要研究Slit家族的排斥性导向蛋白和Netrin家族的吸引性导向蛋白。这些分子在神经系统许多区域都起重要作用,包括大脑、小脑、和其它部位。他们最近发表的论文是有关Netrin的导向机理。他们用的模型是胚胎发育期的脊髓。在脊髓背角,有一组神经细胞,它们的轴突受腹侧中线分泌的Netrin吸引,从背侧延伸到腹侧中线。

      “外因通过内因起作用”。Netrin这个细胞外蛋白,如何影响轴突内部的运动机制呢?

      饶毅实验室在近年发现了几个参与细胞内介导Netrin反应的蛋白质分子:

      2004年,饶毅和吴瑛实验室的刘国法、Claudia Juegensen等,以及熊文诚、管坤良两个实验室在《自然神经科学杂志》发表三篇论文,证明蛋白激酶Fyn和FAK对于Netrin导向很重要;

      2007年,饶毅实验室的刘国法等在《神经科学杂志》发表论文,证明脚手架蛋白p130CAS对于Netrin导向很重要;

      2008年饶毅和吴瑛实验室合作的《自然神经科学杂志》论文是证明DOCK180蛋白质对于Netrin导向很重要。这些不同的分子,有可能形成信号转导通路,他们也许相互接力,将细胞外的Netrin浓度梯度转化为细胞内运动极性。

      在他们的研究前,一些细胞生物学的实验室已经发现DOCK180是一种鸟苷酸交换因子。它可以把小G蛋白Rac1上的GDP交换成GTP,从而激活Rac1。而Rac1可以调节动蛋白多聚体的多聚化,促进细胞运动。

      饶毅和吴瑛实验室最近的论文是博士后李晓玲、高雪、刘国法进行实验所获得的结果。

      李等的研究,从生物化学,免疫组织化学,细胞生物和神经发育功能等多方面和途径获得证据,表明DOCK180是Netrin导向所必需的一个分子。

      他们发现,DOCK180可以和Netrin的受体DCC结合,而且细胞外的Netrin可以刺激细胞内DOCK180与DCC结合。原来已知Netrin 可以刺激Rac1活性,而不知道为什么。李等现在发现,如果抑制DOCK180,Netrin激活Rac1活性的作用就减低。如果抑制DOCK180, Netrin的两个功能也减低。Netrin刺激轴突生长的作用,Netrin吸引轴突的作用,都需要DOCK180。所以,DOCK180对于 Netrin的生化和发育功能性作用都重要。

      这些研究是在位于美国芝加哥的西北大学医学院进行的。

      研究过程中,李晓玲和刘国法是饶毅实验室的博士后,高雪是吴瑛实验室的博士后。乔治亚医学院的教授熊文诚是研究的合作者。

      论文的共同通讯作者是西北大学Charles Louis Mix讲席教授吴瑛和2007年9月全时回北大威廉希尔任教的饶毅。