神经网络的人脑；3D插图。[兰卡斯特大学]
神经干细胞（NSCs）对于神经系统的发展和再生至关重要。在大脑的初始发育之后，神经干细胞通常进入休眠状态，保存能量和资源。它们仅在大脑需要时才会重新唤醒，例如在受伤或进行体育锻炼时。然而，随着年龄的增长，越来越少的神经干细胞可以从休眠状态中被唤醒，导致各种神经疾病。现在，由杜克-新加坡国立大学医学院领导的国际神经科学家团队发现，通过修改控制细胞生长的蛋白质可以重新激活果蝇中的休眠神经干细胞，为对抗神经退行性疾病带来了新的希望。
该研究发表在《自然通讯》杂志上，题为“SUMOylation of Warts Kinase Promotes Neural Stem Cell Reactivation”。这一发现为推进对阿尔茨海默病和帕金森病等神经退行性疾病的了解和治疗提供了令人兴奋的潜力。
神经干细胞（NSC）静息状态和增殖之间的微妙平衡对于成年神经发生和稳态非常重要。小泛素相关修饰蛋白（SUMO）依赖的翻译后修饰会导致蛋白质功能的快速且可逆的变化。然而，SUMO通路在NSC重新激活和大脑发育中的作用尚未明确。在这里，我们展示了SUMO通路的关键成分在果蝇NSC重新激活和大脑发育中起重要作用。
研究团队发现，一组特定的蛋白质在通过一个称为SUMO化的过程唤醒休眠神经干细胞中发挥着关键作用。在SUMO化过程中，一种名为SUMO的小蛋白会在细胞内标记目标蛋白，影响其活性和/或功能。研究人员发现，这些带有SUMO标签的蛋白质触发了神经干细胞的重新激活，使它们能够参与大脑的发育和修复。相反，如果没有SUMO蛋白存在，果蝇会产生类似小头症的表型。这是首次研究确定SUMO蛋白家族在神经干细胞重新激活中的确切作用。
“我们首次证明SUMO蛋白家族在神经干细胞重新激活和整体大脑发育中起着关键作用，”杜克-新加坡国立大学神经科学和行为障碍项目的研究员高阳博士说，“进一步的研究表明，当这些蛋白质缺失时，正常的神经元发育受到阻碍，果蝇会发展出小头症特征的小脑袋。”
深入研究SUMO化的效应，研究人员确定它调节了另一个已知通路——Hippo通路中的关键蛋白。虽然Hippo通路已知在细胞增殖、细胞死亡和器官大小等细胞过程中起着至关重要的作用，但很少有已知的大脑中该通路的调节因子。
当被SUMO修饰时，Hippo通路的核心蛋白Warts（限制细胞生长并防止神经干细胞重新激活）变得不那么有效。这使得神经干细胞能够生长和分裂，形成新的神经元，从而促进大脑功能。
“鉴于SUMO蛋白和Hippo通路在人类中高度保守，我们的发现不仅对果蝇有意义，”王红艳博士说，他是杜克-新加坡国立大学神经科学和行为障碍研究项目的教授兼代理主任，也是该研究的资深作者。“它们对理解人类生物学也很重要。SUMO化过程和Hippo通路的中断与人类的各种疾病有关，包括癌症和阿尔茨海默病及帕金森病等神经退行性疾病。我们对大脑中SUMO化作用的新见解为可能的干预措施打开了令人兴奋的新机会，这些干预措施可能导致利用身体自身再生能力的靶向疗法。”
“这一发现推进了我们对细胞如何工作和受控的理解，为开发针对神经退行性疾病的再生疗法提供了信息，”杜克-新加坡国立大学研究高级副院长兼教授Patrick Tan博士补充道。“同时，这也为开发治疗如小头症等神经疾病的方法开辟了新的可能性。随着研究的继续，我们离找到帮助这些疾病患者并改善他们生活质量的有效方法越来越近。”
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