古大脑的返老还童

神经学家阿克塞尔的作品是听收音机,护理宿醉的前一晚的实验室,当他第一次听说了约克郡人。这是2008年12月,据新闻报道,考古学家发现了2600岁的头骨斩首铁器时代的人埋在湿坑的开挖在英国约克大学的校园。里面是某件意想不到的事情:他的萎缩,但非常完整的大脑。

那人显然死于野兽攻击涉及至少7吹脖子的前面。他的大脑,这应该由所有权利分解很久以前,身上沾满了泥泞,但仔细清洗透露其保存结构,包括脊和皱纹,神经学家称之为脑回和脑沟。“没有人知道这个大脑如何生存,”风格的作品回忆说。立刻,他卓越的发现连接到自己的研究。在他的实验室里在伦敦大学学院(UCL)女王广场神经学研究所的作品试图帮助病人患有视力丧失引起的大脑受损的神经。这包括寻找某些神经细胞蛋白填充。了他的一些特点这些蛋白质可能占约克郡人的大脑的特殊保护。

着迷于无线电报告,作品很快与纽约组联系。即使他宿醉是后退,他发现自己在电话里领导的考古学家,索尼娅·奥康纳。“那时我设法得到一个阿司匹林和回去工作,”他笑着说。和我们有一个很好的讨论。

Palaeo-curious

在作品的帮助下,在未来十年,团队开始解体斩首的人通过蛋白质的故事在他的大脑萎缩。再次,他们使用生化技术熟悉分子生物学家,但现在工具包的一部分参与“palaeoproteomics”——古老的蛋白质的研究。虽然作品绝不是palaeoproteomics专家,他是你可能称之为palaeo-curious,共享队列他医院的CT扫描仪与木乃伊从大英博物馆,就在路上。他也了解人类大脑的分子成分。

在作品的工具包基于抗体的测试他用来挑选软盘称为中间丝蛋白纤维从住患者的大脑。现在,他打算申请类似的测试早已过世。正是这些纤维作品疑似有作用在大脑保存铁器时代。8-12nm厚中间丝蛋白给脑细胞结构稳定性,同时也足够灵活改变配置。有两种形式:神经纤维细丝(神经细胞)和神经胶质原纤维酸性蛋白(GFAP)(支持以及星形胶质细胞)。神经纤维细丝是有用的神经细胞损伤的生物标记,因为它们从受伤神经元泄漏;的作品是创伤性脑损伤患者测量水平使用探头导管插入到额叶皮质,称为微量透析可把时程延长监测大脑生化“生活”的一种方式。“你可以直接把它坐在旁边的大脑中的神经元,”他解释说。如果我们用这种液体,然后你仍然可以看到完整的蛋白质。

在约克郡人的大脑,相比之下,这些蛋白质是远离。但是他们仍然存在——作品的测试证明,即使他们已经慢慢破碎了数千年。这不是闻所未闻的蛋白质生存这么久。蛋白质降解速度远远低于DNA和越来越多给我们的信息更深层次的过去。动物骨头,含有胶原蛋白可以匹配特定的物种,是常见的来源,例如,允许过去的考古学家照亮畜牧业的做法。

与此同时,差点从人类的牙齿了杰西卡Hendy说palaeoproteomics专家工作分开奥康纳约克大学的发现我们的祖先的饮食的直接证据。我们做了一些蛋白质拔牙在牙结石,还让我们跳出的一件事是牛奶蛋白质的证据,”亨迪说。“我们发现这是一种新的方式来确定牛奶消费在过去。”她补充说,人类的历史“牛奶习惯特别迷人的考古学家,因为只有最近我们进化到消化乳糖。通过寻找不同的古代牛奶蛋白质的氨基酸组成,也有可能判断他们来自牛、绵羊和山羊。

更多的大脑

还有什么比这更令人惊讶的蛋白质从旧的骨骼或牙齿,然而,让他们从旧的大脑,是软组织,我们假设将蹂躏了相对较快的腐败的正常流程。亚历山德拉Morton-Hayward,ex-undertaker现在保存的生物分子组成的大脑学习她在牛津大学的博士学位,英国已经发现,大脑并不总是分解。约克郡的人是她进入主题——她开始挖掘文学当她偶然发现了一篇关于他。一个参考,更多,”她回忆道。之前她就知道她发现了超过1800的报告保存大脑发表自1600年代中期。虽然她没有一个连贯的解释为什么这些大脑幸存下来,他们发生在干燥和潮湿的条件和在不同的土壤——她也感兴趣的软盘蛋白质组件。

以及中间丝,Morton-Hayward看着髓磷脂碱性蛋白(MBP),中枢神经系统的一个关键蛋白质,也从约克郡人。这三个都是变形的过程。他们已经使他们能够“内在无序区域”再折起像折纸纸而形成稳定的三维结构。Morton-Hayward解释说,他们的灵活结构密切相关的功能在不断的调整和重新布线的自已精心设计的运动路径,或神经可塑性,即大脑的适应方式的经验,和伤害。

和其他研究者一样,Morton-Hayward检测这些蛋白质质谱分析的首选方法,她目前正在使用的材料从大脑中提取数百人埋在一个19世纪英国济贫院公墓。在现代的蛋白质的研究,基本前提是:提取蛋白质,使用酶消化,然后粉碎在质谱仪和使用软件来查看模式或频谱碎片产生,使匹配参考蛋白质。这是下一个明显的工具套件的作品。

使用质量规范,现在可以把分散的蛋白序列来自古老的化学环境内组织并探讨蛋白质含量变化对于每一个组织——的一个好处基因组与蛋白质组而不是合作。专家对大脑得到一个非常不同的分子与骨相比,这主要是由胶原蛋白,或者,说,粪便(参见下面的盒子粪便蛋白质组)。

蛋白质的问题

什么能找到人类大脑,除了好,大脑蛋白质?2013年,欧洲团队使用质研究从冰人奥兹的大脑组织样本的保存完好的身体死去的人5300年前在阿尔卑斯山,拿出超过500不同的蛋白质。其中有一些压力和出血有关,导致研究人员想出了一个新理论对奥兹是怎么死的——从头部受伤。当然,死亡的约克郡人的方式不是问题,但尽管如此,质量规范结果引人入胜:783年总蛋白质匹配,这样一个古老的软组织的胜利。“他们实际上设法恢复最富有palaeoproteome从任何考古材料研究到目前为止,“Morton-Hayward笔记。在分子识别是三个软盘蛋白质:神经纤维细丝,GFAP和MBP。

然而,进步通常相当缓慢。作为一个临床医生,作品对项目工作在业余时间,他不断与奇怪的结果。首先,他拔牙的约克郡人的组织包含乱糟糟的褐色淤泥,他怀疑是蛋白质,但无法访问测试。与此同时,在一些组织样本他离开衰减了一年,他看到了他所期望的相反- - -而不是组织腐烂的蛋白质含量下降,他们增加。所以一方面缺少蛋白质和另一方面,蛋白质,它不应该出现。

有趣的是,Morton-Hayward说还有数据在维多利亚时代的大脑缺少的东西。质量规范分析是只将MBP蛋白质序列匹配的一半;氨基一半是“基本上缺失”从她的样本,尽管他们比作品更年轻。她说,好像她的方法没有访问的所有蛋白质的存在的。她还指出,蛋白质像MBP,软盘中间丝有一个倾向聚集并形成斑块,像那些在各种形式的痴呆症。

大脑萎缩,萎缩但这些蛋白质仍然保持细胞的结构

此聚合,似乎可以解决谜团。作品最终得出结论,他的样品是聚合的蛋白质,是自己慢慢瓦解。所以每次他用抗体测试衰减的样本,他比以前更发现,随着越来越多的依靠点抗体了。布朗,他推断,还必须包含聚合的蛋白质,解释为什么他不能访问它。2020年,作品终于发表了theorv解释把斩首人的大脑从瓦解了。这是第一工作表明蛋白质聚合可以有助于保护古老的脑组织。“这些蛋白质的技巧,”风格的作品说。的大脑萎缩,萎缩但这些蛋白质仍然保留建筑,细胞的结构。

Morton-Hayward说她渴望看看她可以复制这一发现的蛋白质聚合和分解,也许最初与现代的脑组织。但如果聚合确实有一部分在维多利亚时代的大脑和约克郡人的,那么为什么不是所有的大脑保存?大概,包含必要的分子成分。一个理论可能中心神经退行性条件的影响,如痴呆、与蛋白质聚合和斑块的形成。在济贫院的情况下,这种疾病可能是由于剥夺更普遍。

根据Morton-Hayward,聚合过程是自发的,而不是由酶——甚至可能继续死后,这数百或数千年来一些非常顽固的斑块形成,无法观察到即使在像中国这样的长寿百岁老人。“这是我发现非常令人兴奋,”她说,暗示一个负载早已过世的大脑可以加深我们的了解在某些神经系统疾病相关的分子途径。

生物信息学财源滚滚

对于不幸的约克郡人,作品已经计划在一个更彻底的调查他的大脑蛋白质组,专门为神经退行性疾病的分子标志。他认为的一些迹象质量规范数据已经有了,但是由于高水平的统计分析严谨,一些他们最初确定的蛋白质序列必须被丢弃。Morton-Hayward指出,这是一个的情况下选择合适的阈值与参考模式匹配你的蛋白质蛋白质提供的软件:一个快速的游戏,但置信区间。是否你说提前取决于你决定卡必须匹配。如果你说提前设置阈值过低,那么你可以交易一个蛋白质序列和匹配错误的参考序列,而在风格的作品,他想知道酒吧是太高了。

有更多比阈值设置,数据处理。作为Frido威尔克丹麦哥本哈根大学的解释说,这是在生物信息学方面的进步,而不是在蛋白提取方面,真正推动palaeoproteomics前锋在过去的几年里。我认为这方面实际上是核心检索更多的蛋白质序列,能够重建序列覆盖率更高和更高的可靠性,但也找到更多的蛋白质,”他说。

这是一个快速但置信区间的游戏

2020年,威尔克的团队发表蛋白质组数据来自两个非常旧牙釉质样品取自古人类。这里,其蛋白质搜索策略是处理非常退化的关键蛋白质,800000岁人类祖先一个潜在的人类和尼安德特人的共同祖先,和180万年的历史直立人。在这种旧的样品,时间的流逝让化学变化积聚在蛋白质中氨基酸的侧链。这些变化实际上是用于palaeoproteomics验证蛋白质是真正的文物而不仅仅是现代来源污染的结果。然而,他们也导致所谓的质量变化——质谱之间的差异从古代和现代的蛋白质。威尔克,这意味着建筑水平的差异的错非常古老的蛋白质序列检测。这种变化,称为转录后修饰或多功能天车,在场,必须占在约克郡人的蛋白质。

Morton-Hayward也有浓厚的兴趣优化这些蛋白质鉴定的“下游”方面。这是有可能的,她解释说,增加蛋白质恢复通过软件设置的细小调整甚至一旦数据被收集并上传。例如,给更多的信息关于蛋白质消化和分解时间本身造成的“消化”讲述了软件寻找不同的碎片。“它大大增加了搜索空间,”她说。

软件方面,作品说他需要掌握如果他们真的打算解决斩首的约克郡人。做一些影响蛋白质聚集在他的大脑神经变性失调症吗?这种疾病的影响会导致蛋白质和组织被保存了2600年?只有更多的时间,有可能的是,一些壮观的质量规范,会告诉结果。另一种解释是相当可怕的。基于保护蛋白质的分布在人的大脑,和腐蚀刀用来解剖它,它似乎是可信的,他的头可能是掉进了一桶酸死后不久,另一个很好的方法保护蛋白质。

海莉班纳特是一个基于科学作家在布里斯托尔,英国