德研究:基因編輯粒線體蛋白 重建腦傷神經元

2020/11/18
德研究:基因編輯粒線體蛋白 重建腦傷神經元
近(17)日,德國亥姆霍茲慕尼黑研究中心(Helmholtz Zentrum München)環境健康研究中心,與慕尼黑大學(LMU)的神經再生研究團隊發現,想要重建腦傷者的神經元(neuron),不
編譯 / 吳培安
 
近(17)日,德國亥姆霍茲慕尼黑研究中心(Helmholtz Zentrum München)環境健康研究中心,與慕尼黑大學(LMU)的神經再生研究團隊發現,想要重建腦傷者的神經元(neuron),不僅可以靠神經元移植或幹細胞分化,也可以直接透過腦內固有的神經膠細胞(glial cells)轉化得來,而且可透過粒線體蛋白的基因編輯增加轉變的效率。這份研究發表在《Cell Stem Cell》。
 
神經膠細胞在腦部的含量遠多於神經元,雖然不負責神經訊息傳遞,但扮演著支持神經元正常運作的角色。該研究團隊在過去的研究中,已經找出透過基因編程操作、將神經膠細胞轉化成神經元的方法,但在轉化過程中,大部分神經膠細胞會中途死亡、無法完成轉化。
 
研究團隊認為,轉化失敗的原因是因為產生過多的活性氧物質(reactive oxygen species, ROS),因此他們將研究方向聚焦在細胞代謝(cell metabolism)途徑,特別是扮演細胞能量工廠的粒線體,試圖增加神經細胞轉化的效率。
 
他們首先從小鼠取出神經元和星狀膠細胞(astrocytes,也是一種神經膠細胞),分析比對兩種細胞所含粒線體的蛋白質體(proteome)組成。結果意外的發現,兩種細胞的蛋白質體組成,有高達20%的差異。
 
接著,他們進一步釐清,星狀膠細胞在轉化成神經元時,在幾天內就能完成轉化,但約需要兩週的時間才具有神經元的功能。而粒線體蛋白質體組成改變的時間點,約是在一週後,而此時大多數的細胞都已經因為無法完成轉化而死亡,且這些細胞的粒線體蛋白質體組成更接近星狀膠質細胞。
 
研究團隊推論,粒線體蛋白質的轉換失敗可能是細胞類型轉變的原因。因此,他們利用CRISPR/Cas9技術,讓星狀膠細胞在轉變早期階段,就獲得大量神經元的粒線體蛋白。結果發現,光是操作一到兩種粒線體蛋白質,能順利完成轉換的神經元就多達四倍,且在活體細胞顯微鏡觀察下,這些神經元細胞成熟的速度更快。
 
主要作者Magdalena Götz表示,這份研究顯示出專一細胞類型粒線體蛋白質的重要性。此外,他們和蛋白質體研究團隊合作後更發現,兩種神經細胞的胞器差異可多達70%,這些可能會是改善神經元轉化效率的機會,而研究結果對腦傷的患者來說特別重要。
 
參考資料:
https://www.sciencedaily.com/releases/2020/11/201117113044.htm