Cell子刊：钠离子通道蛋白的转运之谜
神经冲动以电脉冲的形式，实现中枢神经系统的信息交流。为了发挥正常功能，起始神经冲动的关键蛋白必须到达正确的位置，不过一直以来人们并不了解这一过程的具体机制。现在，科学家们解开了这个谜团，鉴定了上述过程中的关键分子。
神经元需要通过神经冲动，将知觉、运动、思维和情感信息发送给神经回路中的其他细胞。神经冲动起始后，会反复地沿着轴突传递，以保证神经系统产生稳定的信息流。轴突是神经元细胞本体的细长延伸结构。
举例来说，如果你的指头碰到了滚烫的火炉，手上的神经细胞就会通过神经冲动与大脑交流，使你避免严重烫伤。
在这一过程中，负责生成电脉冲的钠离子通道蛋白，需要移动到轴突的正确位置。而这篇发表在Developmental Cell杂志上的文章，首次为人们展示了钠离子通道蛋白的具体移动机制。
“这项研究解决了一个非常基本的问题，”领导这项研究的俄亥俄州立大学助理教授Chen Gu说。“只有正确移动和插入到轴突，这些通道蛋白才具备功能。”
虽然钠离子通道蛋白在神经元的细胞体合成，但它们需要在轴突中行使功能。自上世纪五十年代人们发现神经冲动以来，科学家们一致未能阐明钠离子通道从细胞体到达轴突的过程。
此前有研究指出，钠离子通道蛋白通过另一个蛋白锚定在轴突中。而这项新研究显示，马达蛋白也参与其中。马达蛋白所产生的机械力，可以将钠离子通道蛋白及其搭档运送到轴突。
这一发现可以帮助人们深入理解许多神经性疾病的根源，例如多发性硬化、帕金森症、脊髓/大脑损伤等。这些疾病都与轴突故障或轴突退化有关，神经系统的电信号传递发生异常。
Gu一直是研究钾离子通道的专家，他曾经详细解析了钾离子通道进入轴突的机制。几年前，他的研究团队偶然发现，钠离子通道蛋白的锚定蛋白ankyrin-G能与马达蛋白结合。ankyrin-G是一个帮助其他分子连接的接头蛋白，集中在郎飞结和轴突靠近细胞体的地方。对于信号传递来说，郎飞结非常重要，因为神经冲动必须跨越它们才能维持信息流。
研究显示，在轴突中ankyrin-G能拴住钠离子通道蛋白，同时马达蛋白kinesin-1也通过ankyrin-G结合上来。“三者同时结合形成复合体，马达蛋白产生机械力，使钠离子通道蛋白沿着轴突移动最终到达目的地，”Gu说。
为了验证这一机制，研究人员通过活细胞成像，观察了三个蛋白在轴突上的移动。他们也进行了动物实验，发现小脑缺乏ankyrin-G的小鼠，无法实现钠离子通道蛋白的转运。另外，在正常小鼠的大脑中干扰上述三个蛋白的相互作用，也会使钠离子通道蛋白困在细胞体里。
“编码这三个蛋白的基因发生突变，会引起一些神经性疾病。其它疾病中的缺陷也可能对这三个蛋白产生影响，干扰钠离子通道的运输和功能，引起神经冲动的异常，” Gu说。
