蛋白質(zhì)通過自組裝形成的病理性淀粉樣纖維聚集體，是多種神經(jīng)退行性疾?。ㄈ纾喊柶澓Ｄ。两鹕〖皾u凍人癥等）的共同病理特征，并在相應(yīng)疾病的發(fā)生發(fā)展過程中起到關(guān)鍵的病理作用。例如：作為帕金森病及多種突觸核蛋白病的核心致病因子，α-突觸核蛋白(α-syn)的纖維聚集可以通過與多種膜受體蛋白，內(nèi)源代謝分子，及蛋白酶體等的互作來介導(dǎo)病理聚集的細(xì)胞間傳播，并誘發(fā)炎癥反應(yīng)。病理聚集體中的柔性區(qū)在底物識別中起到至關(guān)重要的作用。然而，由于柔性區(qū)構(gòu)象的高度動(dòng)態(tài)性及纖維整體的固態(tài)性質(zhì)，對其本身構(gòu)象及與底物互作的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)與分子機(jī)制研究還非常匱乏，這極大地阻礙了我們對于病理纖維聚集體在不同神經(jīng)退行性疾病中病理毒性機(jī)制的深入理解。
2023年2月16日，中科院上海有機(jī)化學(xué)研究所交叉中心的劉聰團(tuán)隊(duì)與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院項(xiàng)晟祺團(tuán)隊(duì)合作在Journal of the American Chemical Society雜志上發(fā)表了一篇題為?“Conformational Dynamics of an α-Synuclein Fibril upon Receptor Binding Revealed by Insensitive Nuclei Enhanced by Polarization Transfer-Based Solid-State Nuclear Magnetic Resonance and Cryo-Electron Microscopy”的研究論文。該工作通過利用以非靈敏核的極化轉(zhuǎn)移增強(qiáng)為基礎(chǔ)（INEPT-based）的固態(tài)核磁1H檢測技術(shù)和冷凍電鏡技術(shù)，首次在原子水平表征了帕金森病致病蛋白a-syn病理性纖維高度柔性的末端區(qū)域（terminal regions, TRs）的動(dòng)態(tài)構(gòu)象，并發(fā)現(xiàn)TRs在結(jié)合介導(dǎo)其細(xì)胞間病理傳播的關(guān)鍵受體LAG3過程中，經(jīng)歷了顯著的構(gòu)象變化，并同時(shí)引起纖維核心區(qū)的構(gòu)象重排（圖1）。該工作展現(xiàn)了有機(jī)結(jié)合固態(tài)核磁共振技術(shù)與冷凍電鏡技術(shù)對于探究病理蛋白自組裝聚集過程中的構(gòu)象變化及聚集體與底物互作研究中的重要意義；為系統(tǒng)研究病理蛋白聚集體的結(jié)構(gòu)與毒性在方法學(xué)上提供了新的手段與策略。
圖1.?冷凍電鏡技術(shù)與固態(tài)核磁技術(shù)聯(lián)用表征病理蛋白淀粉樣纖維組裝聚集及與結(jié)合蛋白互作的分子機(jī)制?
在本工作中，研究者首先利用冷凍電鏡技術(shù)解析了a-syn纖維剛性纖維核心區(qū)（fibril?core,?FC）的原子結(jié)構(gòu)，其由V37-Q99位氨基酸組成，而高度柔性的N-TR和C-TR在電鏡結(jié)構(gòu)中不可見。研究者們進(jìn)一步利用固態(tài)核磁INEPT-based?1H檢測技術(shù)對a-syn纖維柔性的TRs進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)a-syn的核心區(qū)域形成纖維后，其N-TR和C-TR松散的在a-syn纖維表面分布，并且它們所處的化學(xué)環(huán)境與其在a-syn單體中非常相似。進(jìn)一步的核磁滴定實(shí)驗(yàn)表明，特異性識別a-syn纖維的膜表面受體LAG3?的D1結(jié)構(gòu)域（L3D1）直接與a-syn纖維中柔性的C-TR結(jié)合的。有趣的是，L3D1與a-syn纖維中柔性的C-TR結(jié)合后，誘導(dǎo)了原本高度柔性的N-TR會(huì)被纖維核心招募而變得剛性，從而形成一個(gè)呈現(xiàn)顯著纖維表面性質(zhì)差異的新穎纖維核心構(gòu)象（圖2）。
圖2. ?α-Syn纖維與受體蛋白L3D1結(jié)合誘導(dǎo)的病理纖維核心結(jié)構(gòu)重排
綜上，該工作系統(tǒng)闡釋了受體蛋白結(jié)合誘導(dǎo)的a-syn病理性纖維構(gòu)象變化和結(jié)構(gòu)重排現(xiàn)象，在原子水平上揭示了病理性a-syn纖維聚集體的關(guān)鍵受體蛋白LAG3，通過結(jié)合a-syn纖維柔性的末端結(jié)構(gòu)域進(jìn)而引起a-syn纖維核心發(fā)生構(gòu)象變化的分子機(jī)制。該工作有助于深入理解a-syn病理纖維聚集的動(dòng)態(tài)構(gòu)象和其與病理毒性之間的關(guān)聯(lián)。更為重要的是，本工作建立了一種新穎有力的冷凍電鏡與固態(tài)核磁共振技術(shù)聯(lián)用方法，以表征病理淀粉樣纖維構(gòu)象動(dòng)態(tài)變化及其與底物識別互作過程。
上述工作由中科院上海有機(jī)所生物與化學(xué)交叉研究中心的張勝男副研究員，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)李娟和有機(jī)所交叉中心徐千蕙為共同第一作者，有機(jī)所交叉中心劉聰研究員和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)項(xiàng)晟祺教授為共同同通訊作者。經(jīng)費(fèi)支持主要來自于國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目，國家自然科學(xué)基金委基礎(chǔ)科學(xué)中心，科學(xué)院先導(dǎo)項(xiàng)目及上海市科委等項(xiàng)目及基金的資助。
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