保持细胞稳定仔细观察微管

微管有助于调节细胞结构。一组日本研究人员使用低温电子显微镜来阐明某种蛋白质如何保持微管稳定并调节细胞内基于微管的运输。新的见解可以帮助开发痴呆症和心力衰竭等疾病的医学治疗。这些发现于10月1日发表在“细胞生物学杂志”的网络版上。

研究小组由Ryo Nitta教授和项目教授Tsuyoshi Imasaki(神户大学医学研究院)与团队领导Mikako Shirouzu和研究员Hideki Shigematsu(RIKEN)以及副教授Kiyotaka Tokuraku(Muroran Institute of Technology)合作领导。

细胞呈现特殊形状，以充当器官和组织的一部分。例如，神经细胞通过在细胞投射之间建立通信网络来保持大脑和身体的紧密联系。心脏细胞形成有效肌肉收缩的圆柱线。为了创造这些形状，复杂蛋白质的框架构成细胞骨架。其中最广泛的被称为微管，它们的位置受微管相关蛋白的调节。

Tau和MAP4(都是Tau家族的一部分)是“经典的”微管相关蛋白。Tau存在于神经细胞中，而MAP4在包括心脏和骨骼肌在内的身体组织中广泛表达。这些经典微管相关蛋白的过度表达与阿尔茨海默病和心力衰竭有关。它可以阻止运动蛋白驱动蛋白的运动，运动蛋白驱动蛋白使用微管作为“轨道”来运输细胞内的物质。

研究小组在实验室条件下重建了微管，MAP4和运动蛋白驱动蛋白的复杂结构，并使用低温电子显微镜观察了详细的三维结构(图1)。他们的分析显示MAP4附着在微管的长轴上并稳定它们。MAP4和微管之间的键位于两种类型的位点，即强弱相互作用的位点。在弱位点，驱动蛋白与MAP4竞争与微管结合(参见图2)。如果有足够的驱动蛋白，它可以在弱位点置换MAP4并与微管结合。

这导致MAP4(在强锚定位点)和驱动蛋白(在弱位点)同时与微管结合。研究小组发现，除了直接与微管结合外，MAP4还会折叠并积聚在微管上方。该区域中的MAP4与驱动蛋白相互作用并保护驱动蛋白，阻止驱动蛋白在微管上方的运动。这显示了MAP4如何稳定微管，以及它如何阻断驱动蛋白的运输功能。

该研究提供了重要信息，可能潜在地导致MAP4过表达引起的心脏肥大和心力衰竭的新治疗策略。具有与MAP4非常相似的氨基酸序列的Tau也可能具有相同的结构。在这种情况下，这项研究还将阐明神经退行性疾病，如痴呆症。

Nitta教授评论说：“通过揭示细胞中MAP4和微管复合物的微形态，我们希望这项研究能够提供细胞水平的见解，帮助我们对抗由心力衰竭和痴呆等细胞变化引起的疾病。”

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