揭開大腦疾病的秘密：當蛋白質陷入固態時

在納米尺度上觀察蛋白質為治療神經退行性疾病提供了啟示。許多影響大腦和神經系統的疾病都與細胞中蛋白質從液態凝結物形成聚合體或固態凝結物有關，但人們對這一過程知之甚少。

研究人員利用先進的光學技術研究了與神經退行性疾病相關的蛋白質聚集體的形成。通過分析一種與漸凍癥有關的蛋白質，他們對蛋白質從液態到固態的轉變有了前所未有的深入了解，從而揭示了阿爾茨海默氏癥和漸凍癥等疾病的真相。上圖是顯示蛋白質凝結相互作用的納米掃描圖像。資料來源：悉尼大學

這種液態到固態的轉變會引發所謂的淀粉樣纖維的形成。淀粉樣纖維可在神經元中進一步形成斑塊，導致神經退行性疾病，如阿爾茨海默氏癥。

悉尼大學的生物醫學工程師與劍橋大學和哈佛大學的科學家合作，現已開發出精密的光學技術，可近距離監測這些蛋白質聚集體的形成過程。

通過測試一種與肌萎縮性脊髓側索硬化癥（ALS）有關的蛋白質，悉尼大學的工程師們密切監測了這種蛋白質從液相到固相的轉變過程。

三維共聚焦顯微鏡掃描培養 24 小時的 FUS 蛋白質凝結物，顯示了這項研究揭示的特征性核殼結構。資料來源：悉尼大學

這項研究發表在美國《國家科學院院刊》（PNAS）上，其主要作者沈怡博士說："這是從基礎角度理解神經退行性疾病如何發展的巨大進步。"

生物醫學工程學院高級講師、悉尼大學納米研究所成員 Daniele Vigolo 博士說："我們現在可以在納米尺度（百萬分之一米）上直接觀察到這些關鍵蛋白質從液態向固態的轉變。蛋白質在液液相分離過程中經常會形成凝結物，這種凝結物廣泛存在于關鍵和健康的生物功能中，例如人類胚胎的形成。這一過程有助于蛋白質濃度至關重要的生化反應，還能促進健康的蛋白質蛋白質相互作用。"

Vigolo 和 沈的研究團隊。資料來源：悉尼大學

沈博士是化學與生物分子工程學院（School of Chemical and Biomolecular Engineering）的 ARC DECRA Fellow，同時也是悉尼納米研究中心（Sydney Nano）的成員。"這可能導致與神經退行性疾病相關的異常結構，因為蛋白質不再表現出快速還原成液態的能力。因此，監測凝結動態至關重要，因為它們會直接影響病理狀態，"她說。

世界上首次對這一過程進行的納米級光學觀測使研究小組得以確定，從液態到固態蛋白質的轉變始于蛋白質凝聚物的界面。這個相變窗口還揭示了這些蛋白質團聚體的內部結構是異質的，而以前人們認為它們是均質的。

Vigolo 博士說："我們的發現有望從根本上大大提高我們對神經退行性疾病的認識。這意味著一個充滿希望的新研究領域，可以讓我們更好地了解阿爾茨海默病和漸凍癥是如何在大腦中發展的，這些疾病影響著全球數百萬人。"