研究人员已经确定了与神经退行性疾病(如帕金森氏病和运动神经元病)有关的细胞过程背后的驱动力。在今天发表在《科学进展》上的一项研究中，剑桥大学的研究人员表明，细胞内的微小成分是有效蛋白质产生的生物引擎。

内质网(ER)是细胞的蛋白质工厂，生产和修饰确保健康细胞功能所需的蛋白质。它是细胞中最大的细胞器，以管状和片状的网状结构存在。ER快速移动并不断变化的形状，在任何给定的时刻跨整个单元延伸到需要的任何位置。

剑桥大学化学工程与生物技术系(CEB)的研究人员使用超分辨率显微镜技术，发现了这些运动背后的驱动力-这一突破可能对神经退行性疾病的研究产生重大影响。

“已知内质网具有非常动态的结构-不断地在细胞内拉伸和扩展其形状，”由Clemens Kaminski教授领导的激光分析小组的研究助理Meng Lu博士说。

“急诊室必须能够高效，快速地到达所有地方，以在需要时随时随地执行牢房内的基本家务功能。这种能力的削弱与帕金森氏病，阿尔茨海默氏病，亨廷顿氏病和ALS有关对于ER如何实现形状的这些快速而令人着迷的变化以及它如何对细胞刺激做出反应的了解还很有限。”

卢和同事发现，另一个细胞成分掌握着关键-小结构，看起来像膜中包含的微小液滴，称为溶酶体。

溶酶体可以被认为是细胞的回收中心：它们捕获受损的蛋白质，将其分解为原始的结构单元，以便可以将其重新用于生产新的蛋白质。溶酶体还充当着感知中心的角色-汲取环境线索，并将其传达给细胞的其他部分，从而做出相应的调整。

任一时刻，细胞周围最多可压缩约1,000个溶酶体，而ER似乎以一种精心策划的方式改变了它的形状和位置。

令剑桥科学家惊讶的是，他们发现细胞内微小溶酶体的运动与大型ER网络的重塑过程之间存在因果关系。

Lu说：“我们可以证明，正是溶酶体本身的运动迫使ER响应细胞刺激而重塑。” “当细胞感觉到需要溶酶体和内质网到达细胞的远端时，溶酶体会像小型机车一样将内质网与它们拉在一起。”

从生物学的角度来看，这是有道理的：溶酶体充当细胞内的传感器，而ER充当反应单位。协调它们的同步功能对细胞健康至关重要。

为了发现两个截然不同的细胞器之间的这种令人惊讶的联系，Kaminski的研究团队利用了新的成像技术和机器学习算法，这使他们对细胞的内部运作有了空前的见识。

卡明斯基说：“令人着迷的是，我们现在能够看到活细胞内部，并实时而细致地看到蜂窝机械的惊人速度和动态，” “仅仅几年前，看着细胞器在牢房里开展业务是不可想象的。”

研究人员使用高速投射到活细胞上的照明图案，以及先进的计算机算法，以比人的头发小一百倍的规模恢复信息。以视频速率捕获此类信息直到最近才成为可能。

研究人员还使用机器学习算法以自动方式从数千个数据集中提取了ER网络和溶酶体的结构和运动。

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该小组将研究范围扩展到神经元或神经细胞，即具有长突突的特殊细胞，称为轴突，信号沿突突传播。轴突是非常细的管状结构，还不知道如何在这些结构内部协调非常大的ER网络的运动。

该研究表明溶酶体如何轻松地沿着轴突移动并将ER拖到它们的后面。研究人员还表明，破坏这一过程如何有害于神经元的生长。

研究人员经常会看到溶酶体充当修复引擎的作用，以修复ER结构断开或断裂的部分，并将它们重新融合并融合成一个完整的网络。因此，这项工作对于理解神经系统疾病及其修复具有重要意义。

研究小组还研究了这种耦合运动的生物学意义，为溶酶体提供了刺激(在这种情况下为营养)。可以看到溶酶体向该信号移动，将ER网络拖到后面，以便细胞可以引发适当的反应。

卢说：“到目前为止，人们对ER结构响应代谢信号的调控知之甚少。” “我们的研究提供了溶酶体作为传感器单元之间的联系，可以主动引导局部ER反应。”

研究小组希望，他们的见识对那些研究疾病与细胞反应之间联系的人来说将是无价的，他们下一步的工作重点是研究诸如帕金森氏症和阿尔茨海默氏症的内质网功能和功能障碍。

神经退行性疾病与受损和错误折叠的蛋白质聚集有关，因此了解内质网功能的基本机制对于研究其治疗和预防至关重要。

卡明斯基说：“内质网和溶酶体的发现是许多年前获得的诺贝尔奖，它们是健康细胞功能必不可少的关键细胞器。” “令人着迷的是，关于这个系统还有很多东西要学习，这对于寻找这些破坏性疾病的病因和治愈方法的基础生物医学科学来说至关重要。”