俄勒冈州立大学的科学家们通过利用各种生物物理技术深入了解一种在许多疾病中发挥关键作用的运动蛋白，在理解神经退行性疾病方面取得了关键进展。这项研究发表在《eLife》杂志上，代表着在努力改善对全球数百万受阿尔茨海默病、ALS、帕金森病和多发性硬化症等疾病影响的人的护理方面迈出了重要一步。
Dynein中间链结构显示中间的折叠WD重复域（蓝色）和无序的N端域（橙色）。左图是无序结构域（灰色）与轻链（黄色、红色和橙色斑点）结合的开放和封闭结构的多个模型。资料来源：Elisar Barbar，OSU科学学院。
当大脑和脊髓中的神经细胞（被称为神经元）分解，功能异常，并最终死亡时，就会发生神经退行性疾病。随着神经元的恶化，患者通常会出现一系列逐渐恶化的神经系统症状，这些症状可能会发展成衰弱，在许多情况下会导致病人死亡。
根据哈佛大学神经发现中心的数据，美国有500万人患有阿尔茨海默氏病，100万人患有帕金森病。还有40万多发性硬化症患者和3万名ALS患者，这种疾病在1939年棒球明星Lou Gehrig被诊断出患有此病时，才引起了公众的注意。
神经退行性疾病主要在中年和晚年发病，这意味着随着美国人口的老龄化，其发病率预计会上升。人口统计学数据表明，如果没有新的干预措施，到2050年将有超过1200万美国人受到神经退行性疾病的影响。
俄亥俄州立大学理学院生物化学和生物物理学系主任Elisar Barbar和俄亥俄州立大学遗传密码扩展中心GCE4All的项目协调员Kayla Jara带领大家深入研究了dynein，这是细胞内两种类型的运动蛋白之一；另一种类型是kinesin。
运动蛋白是微小的分子机器，动物和真菌细胞利用它将化学能量转化为机械功。它们是微型"载具"，通过被称为细胞骨架的轨道网络穿越细胞，拖动细胞载荷并产生力量以帮助许多重要的过程和功能。
Jara说："Dynein负责运输货物，在受伤后和再生期间控制神经系统的细胞增殖和分化。"神经退行性疾病是由于产生dynein马达组件的基因发生突变而产生的，并损害了轴突中的运输机制。神经细胞可能非常长，并且严重依赖运动蛋白来确保细胞体和轴突顶端之间的物质运输。作为一条从细胞主要部分延伸出来的电缆，轴突将电脉冲从一个神经元传输到其他神经元。
Barbar说："就像高速公路连接城镇一样，在我们的细胞内有一排叫做微管的道路，运动蛋白用它来运送它们的负荷。Dynein负责向一个方向运送货物，而大约40种驱动蛋白则向相反的方向运送。这表明在共同组成动力蛋白的许多亚单位蛋白之间存在着错综复杂的调节方法。"
在这项研究中，Barbar和研究期间的博士生Jara与俄勒冈州立大学和Lewis & Clark学院的科学家合作，仔细研究了这些亚单位之一：中间链，或IC，它作为其他亚单位以及两个非dynein蛋白的粘合剂，p150Glued和NudE。
这些结合的相互作用都发生在IC的前半部分，由于它没有折叠成一个特定的结构，研究人员希望找出亚单位的结合如何调节IC与p150Glued和NudE的相互作用。这个问题一直没有答案，因为研究这种规模的非结构化蛋白复合物很困难。但是p150Glued和NudE与IC的同一区域结合，而这些蛋白参与了不同的dynein功能，所以一定有一种机制可以在两者之间进行选择。
通过研究来自一种真菌--嗜热链霉菌的蛋白质，科学家们了解到这种机制是什么：IC能够在自身上折叠并影响p150Glued/NudE的结合部位。Jara说，由于对非结构化蛋白质进行研究的挑战，许多生物物理技术被结合使用，这为如何研究其他类似的蛋白质复合物提供了蓝图。
"Dynein是负责运输错误折叠的蛋白质以便它们能够被分解的分子马达，这意味着它关键性地参与了作为神经退行性疾病标志的蛋白质的出现和清除，"Jara补充说。"特别是，dynein功能障碍是ALS和阿尔茨海默氏症等疾病的一个早期特征。有关dynein结构和它如何工作的知识将有助于我们对这些疾病的理解和治疗。