在藍(lán)鯨中軸突有可能長(zhǎng)達(dá)數(shù)米，而在比草履蟲還小的仙女蜂（M.mymaripenne）中它們的軸突有可能只有幾微米長(zhǎng),。然而不論大小,，這些軸突似乎都利用了相似的分子馬達(dá)在相似的微管軌道上運(yùn)作傳送囊泡貨物。
在近期發(fā)表在《細(xì)胞》Cell雜志上的一篇論文中,，來自法國(guó)國(guó)家衛(wèi)生研究院（INSERM）的研究人員證實(shí),，這些馬達(dá)的主要能量來源或許并非傳統(tǒng)認(rèn)為的是線粒體，供給這些馬達(dá)動(dòng)力的ATP似乎是來自囊泡附帶的糖分解機(jī)器——GADPH（甘油醛-3-磷酸脫氫酶）,。
在物理學(xué)中，能量守恒原理為人們提供了一種方法來解答許多復(fù)雜的問題,。同樣在神經(jīng)元中,，試圖弄清一種特殊機(jī)制的運(yùn)作，最好的方法就是分析其能量的來源和消耗機(jī)制,。法國(guó)國(guó)家衛(wèi)生研究院的研究人員以往曾在以軸突變性為主要病狀的亨廷頓氏舞蹈病等疾病中研究線粒體的作用,。他們一直試圖弄清楚，觀察到的變性是否可能是由于為軸突運(yùn)輸提供動(dòng)力的能量不足所致,。奇怪地是,，他們發(fā)現(xiàn)抑制細(xì)胞主要的能量來源——線粒體的功能，對(duì)于囊泡運(yùn)輸沒有影響,。
在初步的研究中,，研究人員利用了哈佛大學(xué)的一個(gè)研究小組從前開發(fā)的一種稱作Pervceval的傳感器，來評(píng)估軸突中的ATP分布,。從某種意義上將,，Perceval可視作是一種特殊用途納米機(jī)器。它由一個(gè)GFP融合蛋白和內(nèi)建的蛋白質(zhì)邏輯電路構(gòu)成,，這一邏輯電路使得它能夠精確測(cè)量細(xì)胞中ATP與ADP的比值,。利用Perceval，研究人員發(fā)現(xiàn)果蠅軸突中的這一比值是始終如一的，而觀察到的線粒體分布則并非如此,。至少在有髓鞘的軸突中,，線粒體傾向積聚在郎飛氏結(jié)（node of Ranvier）上,。
研究人員隨后證實(shí),，當(dāng)GADPH，一種廣泛表達(dá)的“看家基因”發(fā)生改變時(shí),，軸突囊泡運(yùn)輸遭到破壞,。GADPH是糖酵解信號(hào)中的一種酶，每次反應(yīng)它會(huì)生成一個(gè)ATP,。研究人員還證實(shí)添加一個(gè)軸突結(jié)合蛋白（synaptotagmin）-GADPH融合蛋白，可以恢復(fù)運(yùn)輸,。軸突結(jié)合蛋白通常被靶定到囊泡上,，向下運(yùn)輸?shù)酵挥|。這些實(shí)驗(yàn)表明,，這些囊泡利用了GADPH進(jìn)行運(yùn)輸，對(duì)應(yīng)其他的研究表明是GADPH,，而非線粒體,，在神經(jīng)末端向吸收進(jìn)入囊泡的傳送器提供了動(dòng)力。這或許可以部分解釋以往人們無法通過提高線粒體遷移率來改善小鼠ALS神經(jīng)變性模型的原因,。
眾所周知，GADPH還可以與huntingtin相互作用,。Huntingtin突變已知是亨廷頓氏舞蹈病的病因,。法國(guó)國(guó)家衛(wèi)生研究院的研究人員證實(shí)，有可能是huntingtin將GADPH連接了到囊泡膜上,。這是否是這一疾病的主要機(jī)制，還有待進(jìn)一步的研究證實(shí),。另一個(gè)尚待解答的問題是,，GADPH與微管結(jié)合是否是囊泡運(yùn)輸ATP的重要來源。
在未來的研究中,，作者們還想要探討GAPDH是否是非囊泡運(yùn)輸?shù)谋匾獥l件,。開展這類研究，將有助于更深入地了解細(xì)胞在健康或疾病狀態(tài)時(shí),，ATP的生成和利用機(jī)制,。（生物谷Bioon.com）
doi:10.1016/j.cell.2012.12.029
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Vesicular Glycolysis Provides On-Board Energy for Fast Axonal Transport
Diana Zala, Maria-Victoria Hinckelmann, Hua Yu, Marcel Menezes Lyra da Cunha, Géraldine Liot, Fabrice P. Cordelières, Sergio Marco, Frédéric Saudou
Fast axonal transport (FAT) requires consistent energy over long distances to fuel the molecular motors that transport vesicles. We demonstrate that glycolysis provides ATP for the FAT of vesicles. Although inhibiting ATP production from mitochondria did not affect vesicles motility, pharmacological or genetic inhibition of the glycolytic enzyme GAPDH reduced transport in cultured neurons and in Drosophila larvae. GAPDH localizes on vesicles via a huntingtin-dependent mechanism and is transported on fast-moving vesicles within axons. Purified motile vesicles showed GAPDH enzymatic activity and produced ATP. Finally, we show that vesicular GAPDH is necessary and sufficient to provide on-board energy for fast vesicular transport. Although detaching GAPDH from vesicles reduced transport, targeting GAPDH to vesicles was sufficient to promote FAT in GAPDH deficient neurons. This specifically localized glycolytic machinery may supply constant energy, independent of mitochondria, for the processive movement of vesicles over long distances in axons.
