快速軸突運輸（Fast Axonal transport）是神經細胞中將胞器、神經傳導物質、蛋白質及mRNA等物質由細胞本體運輸至遠端軸突的功能。需要被運輸的物質和RNA結合蛋白（RNA-binding protein，RBP）結合形成一顆顆RNA粒子（RNA granule），並透過驅動蛋白（kinesin ）進行運輸。在此篇論文中，研究團隊發現位於感覺神經和運動神經中的RBP，SFPQ，和負責運輸SFPQ粒子的驅動蛋白KIF5A的突變將造成軸突退化並進一步造成神經退化性疾病，第二型遺傳性運動感覺神經病變（Charcot-Marie Tooth Disease, CMT2），並造成病患在生長過程中遠端肢體萎縮麻痹。

在此篇論文中，研究團隊設計了兩項實驗來證明SFPQ與KIF5A對軸突造成的影響。第一項實驗他們針對SFPQ中與驅動蛋白KIF5A結合的地方進行突變。發現突變後的SFPQ與KIF5A的結合率將大幅下降（圖一）。在利用電腦對軸突的螢光影像進行分析後發現軸突出現了斷裂、生長不完全的現象（圖二）。

圖一（原論文Fig 4D.）對KIF5A進行免疫沉澱後的量化結果。和對照組相比，SFPQ突變後SFPQ-KIF5A結合率下降。

圖二（原論文Fig5.）A.軸突TUJ1標定螢光影像。左：原始影像，中：左圖紅框處放大影像，星號處為軸突斷裂點，右：提供電腦分析的二元化影像。像較於對照組，SFPQ缺失（shSFPQ）與SFPQ突變時，軸突生長較不完全且發生斷裂。B.軸突退化面積，SFPQ缺失和突變時的退化面積比例較高。

第二項實驗則針對KIF5A的R280H位點進行突變。並發現了和實驗一相似的結果：SFPQ和KIF5A之間的結合率下降（圖三），軸突發生斷裂或生長不完全（圖四）。

圖三（原論文Fig6.）SFPQ免疫沉澱實驗。在KIF5A突變的情況下，SFPQ-KIF5A結合率下降。

圖四（原論文Fig6）軸突TUJ1螢光標記影像。左：原始影像，右：左圖紅框處放大影像，星號為軸突斷裂處。相較於對照組，KIF5A突變後軸突生長較不完全且發生斷裂。

R280H突變曾被過往實驗證實與造成神經退化疾病CMT2相關，而上述兩個實驗證實了SFPQ與KIF5A的間的結合率將造成軸突的損傷，並很可能造就後續的CMT2的發生。為了進一步確認SFPQ-KIF5A的缺失為何會造成如此大的影響，團隊將SFPQ粒子中所含的mRNA加入受損的軸突中，並發現加入其中一種mRNA，Bclw，能夠有效的改善軸突的受損（圖六）。證明CMT2的病因爲KIF5A突變造成的SFPQ粒子和KIF5A結合率下降而導致的軸突觸Bclw缺失。

圖五（原論文Fig7.）A.軸突TUJ1螢光標記影像。左：原始影像，中：左圖紅框處放大影像，星號處為軸突斷裂點，右：提供電腦分析的二元化影像。在加入Bclw後，軸突斷裂現象改善。加入其他mRNA (如圖中Bcl2)則沒有變化。B.軸突退化面積。加入Bclw能使退化面積降至對照組水平。

此篇論文提出了SFPQ粒子如何去調控並影響軸突的生長，並發現了神經退化性疾病CMT2的病因，對後續的醫療研究奠基了良好的基礎。

攥稿者 張寧

2023.04.03

資料來源

Yusuke Fukuda, Maria F. Pazyra-Murphy, Elizabeth S. Silagi, Ozge E. Tasdemir-Yilmaz, Yihang Li, Lillian Rose, Zoe C. Yeoh, Nicholas E. Vangos, Ezekiel A. Geffken, Hyuk-Soo Seo, Guillaume Adelmant, Gregory H. Bird, Loren D. Walensky, Jarrod A. Marto, Sirano Dhe-Paganon, Rosalind A. Segal; Binding and transport of SFPQ-RNA granules by KIF5A/KLC1 motors promotes axon survival. J Cell Biol  4 January 2021; 220 (1): e202005051. doi: https://doi.org/10.1083/jcb.202005051