淀粉样蛋白的结构为罕见疾病病因提供线索

UAB的研究人员使用高分辨率冷冻电子显微镜(cryo-EM)确定了由hnRNPDL-2蛋白形成的淀粉样纤维的结构，该蛋白与肢带肌营养不良症3型有关。他们得出的结论是，蛋白质无法形成淀粉样纤维，而不是聚集，将是导致疾病的原因。这是西班牙研究小组在高分辨率下确定的第一个淀粉样蛋白结构。

这项研究发表在NatureCommunications上，为寻找稳定或促进淀粉样蛋白形成的分子提供了信息，并为使用相同的技术研究其他功能性淀粉样蛋白及其突变打开了大门，以便更好地了解它们对健康和疾病的影响。

3型肢带型肌营养不良症(LGMDD3)是一种罕见的疾病，由hnRNPDL-2蛋白的点突变引起进行性肌肉无力。它是RNA相关核糖核蛋白(RNP)家族的成员，是一种鲜为人知的蛋白质，具有组装形成功能性淀粉样蛋白结构的能力。淀粉样蛋白是通过数千块相同蛋白质的连接形成非常稳定和结构化的纤维(蛋白质聚集体)。它们的形成通常与帕金森氏症和阿尔茨海默氏症等疾病有关，但它们也被不同的生物体用于功能目的，尽管人类中描述的功能性淀粉样蛋白的数量仍然很少。

巴塞罗那自治大学(UAB)的研究人员已经确定，淀粉样蛋白纤维的结构和活性表明它们是稳定的，无毒的淀粉样蛋白纤维，在其聚集状态下结合核酸。结果表明，LGMDD3可能是一种蛋白质功能丧失疾病：无法形成研究中描述的淀粉样蛋白结构会导致病理。

“我们的研究挑战了这种蛋白质的聚集是疾病原因的假设，并提出无法形成由进化选择的原纤维结构来结合导致病理的核酸，”生物化学和分子生物学教授兼生物技术和生物医学研究所(IBB-UAB)研究员SalvadorVentura说，他与该论文的第一作者JavierGarcia-Pardo一起领导了这项研究，他是IBB-UAB的JuandelaCierva-Incorporación研究员。

研究人员使用高分辨率冷冻电子显微镜(cryo-EM)确定了hnRNPDL-2蛋白淀粉样纤维的结构。这是使用该技术解决由完整蛋白质形成的人类功能性淀粉样蛋白的第一个结构-以前，只有由这些蛋白质片段形成的结构被解决。它也是西班牙研究小组以高分辨率确定的第一个淀粉样蛋白结构。

该蛋白质的结构与其他病理性淀粉样蛋白的结构不同，因为它具有高度亲水的细胞核，其中包括与LGMDD3相关的氨基酸。在这种情况下，与其他疾病不同，淀粉样蛋白的形成不是有毒的，但对于蛋白质的功能是必需的。

研究人员说，这些结果改变了疾病起源的概念以及如何治疗。“以前，我们认为，与许多神经退行性疾病一样，LGMDD3的起源是因为患者的突变导致初始可溶性蛋白质形成聚集体，因此，寻找抗聚集分子可能是一种潜在的治疗方法。现在我们知道这将是一个错误，因为纤维的错误形成似乎引发了疾病;因此，稳定这种结构或促进其形成的分子是最合适的，“萨尔瓦多文图拉说。

了解淀粉样蛋白的分子结构

某些人类淀粉样蛋白可以经历功能和病理聚集，因此有必要了解它们的分子结构以确定其独特的品质和功能。例如，类似于本研究中研究的RNP，如hnRNPA1或FUS，能够形成功能性淀粉样纤维以响应细胞应激，但它们也可能携带导致疾病的突变。这些蛋白质的特征在于模块化结构，包括一个或多个核酸结合结构域，以及负责其组装成功能性或病理性淀粉样结构的无序区域。

“近年来，由RNP片段形成的各种淀粉样纤维的结构已经得到解决。然而，这些组装不一定与在完全蛋白质背景下采用的组装一致，就像我们小组中解析的hnRNPDL-2获得的结构一样，“SalvadorVentura解释说。“事实上，我们的结构与以前的结构有很大不同，并质疑一些被认为有效的关于细胞中这些蛋白质调节的假设，”他指出。

解决功能性淀粉样蛋白的特殊技术

为了解析hnRNPDL-2在其组装状态下的结构，研究小组使用冷冻电镜技术，应用特殊技术来解析淀粉样蛋白结构。

在过去的两年中，该技术已经解决了大量的淀粉样纤维结构，但这些主要对应于涉及全身和神经退行性疾病的病理性淀粉样蛋白。

“我们的发现突出了冷冻电镜研究RNP功能及其与疾病联系的原因的能力。到目前为止，这些蛋白质的研究很少，但它们与阿尔茨海默氏症、肌肉萎缩症、癌症以及神经发育和神经精神疾病等疾病有关。因此，我们现在的目标是利用该技术获得的经验来确定其他功能性淀粉样蛋白的原纤维状态并研究突变的影响，以便更好地了解它们对健康和疾病的影响，“SalvadorVentura说。

UAB开发这项新技术将使研究人员能够利用最近在Alba同步加速器安装的冷冻电镜平台，该大学是该平台的合作伙伴。求解这种类型的结构需要大量的计算能力。由萨尔瓦多·文图拉(SalvadorVentura)领导的IBB蛋白质折叠和构象疾病研究小组刚刚获得了一台高性能计算机来进行这些计算。