科隆大学CECAD衰老研究卓越集群和CEPLAS植物科学卓越集群的研究人员发现了一种有前景的合成植物生物学方法，可用于开发治疗人类神经退行性疾病(尤其是亨廷顿病)的疗法。

植物叶绿体有望治疗亨廷顿病

他们在NatureAging杂志上发表的论文“In-plantaexpressionofhumanpolyQ-expandedHunttinfragmentRevealsMechanismstoPrevent疾病相关蛋白质聚集”中，表明源自植物的合成酶——基质加工肽酶(SPP)——减少了蛋白质的聚集。负责人类细胞亨廷顿病模型和线虫秀丽隐杆线虫病理变化的蛋白质。

亨廷顿舞蹈病属于所谓的多聚谷氨酰胺(polyQ)疾病，这是一组由特定蛋白质中谷氨酰胺氨基酸多次重复引起的神经退行性疾病。过多的PolyQ重复序列会导致蛋白质聚集或积聚在有害和破坏性的蛋白质沉积物中，导致细胞功能障碍和死亡。

迄今为止，人类已描述了九种PolyQ疾病。他们都仍然无法治愈。其中，亨廷顿氏舞蹈症是一种遗传性疾病，会导致大脑广泛恶化，并扰乱思维、行为、情绪和运动。

植物对有害蛋白质聚集免疫

在他们最近的研究中，DavidVilchez教授(CECAD)博士和ErnestoLlamas博士(CEPLAS)采用非常规方法寻找治疗亨廷顿舞蹈症等PolyQ疾病的潜在药物。

植物不断受到环境的挑战，但它们无法摆脱这些条件。然而，植物具有惊人的抗压能力，这使得它们能够长寿。与患有由有毒蛋白质聚集或簇引起的蛋白质病的人类不同，植物不会经历此类疾病。它们表达数百种含有polyQ重复序列的蛋白质，但尚未报道这些因素引起的病理学。

为了探索植物如何应对有毒蛋白质聚集，该研究的第一作者ErnestoLlamas博士及其同事在植物中引入了有毒突变蛋白亨廷顿蛋白，它会导致人类神经元的细胞死亡。与动物和人类模型相反，他们发现拟南芥植物主动去除亨廷顿蛋白团块并避免有害影响。

通过合成生物学，科学家们随后将植物避免聚集的能力转移到人类培养细胞和亨廷顿病动物模型中。他们希望植物蛋白的使用可以带来治疗亨廷顿舞蹈症和其他神经退行性疾病的新治疗方法。

“我们惊讶地发现植物完全健康，尽管它们从基因上产生了有毒的人类蛋白质。突变亨廷顿蛋白在其他研究模型中的表达，如人类培养细胞、小鼠和线虫蠕虫，会引起有害影响和疾病症状，”他说。大卫·维尔切兹.

ErnestoLlamas博士和DavidVilchez教授希望他们的发现有一天能够用于亨廷顿舞蹈症和类似的遗传性疾病。图片来源：JanaBauch，科隆大学

植物蛋白缓解人类细胞和线虫的症状

下一步是发现植物如何避免突变亨廷顿蛋白的有毒聚集。事实上，科学家们发现叶绿体(进行光合作用的植物特有细胞器)是植物不显示有毒蛋白质沉积物的原因。拉马斯说：“与人类不同，植物有叶绿体，这是一种细胞外的细胞器，可以提供扩展的分子机制来消除有毒的蛋白质聚集体。”

多学科团队确定叶绿体植物蛋白SPP是植物不受有问题的人类蛋白影响的原因。在亨廷顿病模型(例如人类培养细胞和线虫等线虫模型中)产生植物SPP可以减少蛋白质团块和疾病症状。

“我们很高兴地观察到，植物SPP蛋白的表达改善了受亨廷顿蛋白影响的线虫的运动性，甚至在衰老的后期阶段，症状甚至更严重，”也参与了这项研究的博士后HyunJuLee博士说。。因此，这些结果为测试SPP作为亨廷顿病的潜在疗法打开了大门。

植物作为衰老研究的模型

Llamas坚信植物研究可以为治疗人类疾病做出有意义的贡献。“许多人没有注意到植物可以在导致蛋白质聚集的多变和极端环境条件下持续存在。我相信植物分子机制是发现可以预防人类疾病的新药物的关键。我们通常忘记了一些植物可以存活数千年多年，应该作为衰老研究的模型来研究。”

另一位参与这项研究的博士后SedaKoyuncu博士补充道：“在过去的几年里，我们看到了几种治疗亨廷顿舞蹈症等遗传性疾病的有希望的方法，但都失败了。我们相信，我们的植物合成方法将在该领域带来重大进展。””。

“我们希望将我们的想法付诸应用。我们的计划是成立一家初创公司，生产植物源性治疗蛋白，并测试它们作为治疗人类神经退行性疾病的潜在疗法，”Llamas说。

该研究是在科隆大学的CECAD衰老研究卓越集群和CEPLAS植物科学卓越集群中进行的。