| 圣猶達兒童研究醫(yī)院的科學家揭示了兩種帕金森病相關蛋白的復雜結構，這兩種蛋白都與晚發(fā)性病例有關。富亮氨酸重復激酶2 (LRRK2)是一種在磷酸化過程中修飾其他蛋白質的蛋白激酶，Rab29是Rab GTP酶家族的成員，它調控著細胞的運輸，并調節(jié)著LRRK2的活性。目前還不清楚Rab29和LRRK2是如何協(xié)同作用導致帕金森病的。圣猶達大學的研究人員確定了與Rab29結合的LRRK2的結構，揭示了LRRK2調控背后的奧秘，并提出了對藥物設計有意義的見解。
這項研究成果發(fā)表在《科學》（Science）雜志上。
帕金森病是僅次于阿爾茨海默病的第二大常見神經(jīng)退行性疾病，65歲以上的老年人口中有1-2%的人患有該病。眾所周知，帕金森病與遺傳有關，約15%的病例有家族史。雖然與該疾病相關的基因有很多，但LRRK2突變是最常見的原因之一。由于LRRK2 體積龐大，LRRK2的結構研究一直很麻煩。
圣猶達大學結構生物學系通訊作者Ji Sun博士說:“這種蛋白質的研究極具挑戰(zhàn)性。”
盡管困難重重，Ji Sun和他的團隊還是2021年在Cell上發(fā)表了全長LRRK2的第一個結構。
“在第一篇論文中，我們得到了LRRK2的結構，但該結構顯示出非活性構象，”Ji Sun解釋說。蛋白質通常有活躍和不活躍的形式，由不同的細胞信號調節(jié)。有時，它需要與另一種蛋白質結合才能觸發(fā)結構變化，使蛋白質從非活性形狀變?yōu)榛钚孕螤睢?ldquo;所以，我們開始思考，‘我們有LRRK2的一個關鍵狀態(tài)。我們能得到它的活性構象嗎?’”
冷凍電鏡捕捉到LRRK2的活性狀態(tài)
尋找活性構象并不像將Rab29添加到LRRK2中那么簡單。LRRK2 可以與其他 LRRK2 分子結合，這一過程稱為寡聚化。這可以將單個LRRK2單體(一個單元)轉化為二聚體(兩個單元)，甚至更大的組裝體。這意味著研究人員必須尋找代表活性形式的版本。還有一個問題是Rab29位于細胞膜上。
“在細胞中，大約90%或更多的LRRK2是細胞質，”Sun解釋說，指的是細胞質，細胞膜包裹的液體，含有細胞的許多成分。“非常少量位于膜表面并形成大的低聚物。這些都是活躍的和功能性的版本。”
文章第一作者，St. Jude結構生物學系的Hanwen Zhu博士，使用低溫電子顯微鏡確定了Rab29-LRRK2復合物的第一個結構。這包括單體(一對)和二聚體(兩對)的結構，以及意想不到的四聚體(四對)。“我們對這些結構發(fā)現(xiàn)感到非常興奮，因為它們代表了第一個在活躍狀態(tài)下捕獲的高分辨率LRRK2結構”。
Sun補充說:“在這個四聚體中，我們看到了LRRK2的活性構象，但在單體和二聚體復合物中，LRRK2處于非活性構象。”
了解Rab29-LRRK2復合物
這些發(fā)現(xiàn)表明，LRRK2的激活不僅取決于與之相互作用的蛋白質，還取決于它們在細胞內的空間排列。
“我們提出了從單體到四聚體在膜募集的過渡，在細胞內，它主要是LRRK2的非活性單體或二聚體。但當Rab29將LRRK2招募到膜上時，LRRK2的局部濃度增加。這促進了向四聚體的轉變，其中LRRK2變得活躍。”
這對帕金森病有什么影響?這些結構為研究人員提供了一個原子尺度的地圖，追蹤導致帕金森病的不同突變如何影響該復合體的功能。
Sun說:“所有這些突變實際上都有利于活性構象，這意味著它們在活性構象中提供新的相互作用，或者破壞非活性構象中的相互作用。”“突變的影響可以在我們的結構中漂亮地可視化：它解釋得很好。”
這種結構研究的重要性不僅在于獲得的新見解，還在于它們在藥物設計中的潛在應用。例如，研究人員還捕獲了藥物DNL201存在時LRRK2的結構。這種藥物通過了第一階段的臨床試驗，將蛋白質鎖定在活性狀態(tài)，因此它被用來驗證他們的發(fā)現(xiàn)，即四聚體確實是復合物的活性形式。
“我們現(xiàn)在有一個不活躍的構象和一個活躍的構象，所以我們可以監(jiān)測從不活躍到活躍狀態(tài)的轉變，這些結構為藥物化學家設計用于治療帕金森病的新型LRRK2抑制劑提供了急需的見解。”
（文章來源：www.ebiotrade.com/newsf/2023-12） | 
