神经科学的突破：缺少的环节解释了脑细胞中的mRNA传递

位于德累斯顿、多特蒙德、美因河畔法兰克福和哥廷根的MPI研究所的团队通过合作努力，首次证明了一种在神经元中运输信使RNA方面起着关键作用的蛋白质复合物。脑细胞的每一个部分，甚至其冗长的分支，都参与了蛋白质的生产。神经元中缺乏这种功能会导致严重的神经系统疾病，如残疾和癫痫。

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FERRY可以沿着细胞内的道路网络双向行驶。资料来源：Schuhmacher等人（2023）/MPI-CBG

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领导的团队取得了一项重大发现。他们与美因河畔法兰克福的脑研究研究所和哥廷根的生物物理化学研究所的同事合作，发现了一种新的机制，可以将信使RNA（mRNA），即蛋白质的蓝图，准确地输送到神经元内需要的地方。

利用一系列技术，研究人员确定了一种名为FERRY的蛋白质复合物，它将mRNA与细胞内的载体联系起来，并阐明了其作用和结构。这一发现可能会使人们更好地了解由FERRY功能失常引起的神经系统疾病，并可能找到新的医疗目标。这些结果在最近的两项工作中得到了详细说明，这两项工作相继在《分子细胞》杂志上发表。

在神经元中，FERRY与EEs相连，其作用类似于运输过程中的绑带： 它直接与mRNA相互作用并将其固定在EEs上，EEs因此成为mRNA在脑细胞中运输和分配的物流载体。资料来源：Schuhmacher等人（2023）/MPI-CBG

遥远的地方，如此之近!

"这些论文为阐明mRNA在脑细胞中的分布机制提供了一个重大进展，"Marino Zerial说。

细胞利用mRNA作为蓝图，核糖体作为3D打印机来生产重要的蛋白质。然而，脑细胞有一个后勤方面的挑战需要克服： 在大脑中，树状的树枝可以横跨数厘米。"这意味着成千上万的mRNA需要被运送到远离细胞核的地方，类似于为整个国家的超市适当供货的物流工作，"该研究的第一作者Jan Schuhmacher说。

到目前为止，研究人员将载体的作用归结为细胞内的球形隔间，称为晚期内膜体。然而，MPI的科学家们认为，一种不同形式的隔间，称为早期内膜体（EEs），也适合作为mRNA的载体，因为它们能够沿着细胞内的道路网络进行双向旅行。在第一份出版物中，由德累斯顿MPI的Marino Zerial领导，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/核糖体中间体）。在神经元中，FERRY与EEs相连，其作用类似于运输过程中的绑带： 它直接与mRNA相互作用并将其固定在EEs上，EEs因此成为mRNA在脑细胞中运输和分配的后勤载体。

复杂的细节

但FERRY是如何与mRNA结合的？这就是来自多特蒙德MPI的Stefan Raunser小组发挥作用的时候了。在第二份出版物中，Dennis Quentin等人使用低温电子显微镜（cryo-EM）来推断FERRY的结构以及允许复合物与EE和mRNA结合的分子特征。新的FERRY三维原子模型的分辨率为4 Ångstroms，显示了一种新的结合RNA的模式，它涉及到盘绕结构域。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运输或分配失败引起的神经系统疾病奠定了基础，这也可能导致确定治疗上的相关目标。"

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