解析 BLOC-3 复合物冷冻电镜结构，解锁 Hermansky-Pudlak 综合征发病机制密码

《Nature Communications》：Cryo-EM structure of the BLOC-3 complex provides insights into the pathogenesis of Hermansky-Pudlak syndrome

为探究 BLOC-3 复合物结构、功能及与 Hermansky-Pudlak 综合征（HPS）关系，研究人员解析人 BLOC-3 复合物冷冻电镜结构，明确其与 RAB32/38、RAB9A 相互作用，发现相关突变影响复合物形成，为 HPS 诊断和治疗提供依据。

　　在生命的微观世界里，细胞内的各种 “小工厂” 有条不紊地运作着，其中溶酶体相关细胞器（LROs）承担着重要使命。然而，当这些 “小工厂” 出现故障时，就可能引发一系列罕见疾病，Hermansky-Pudlak 综合征（HPS）便是其中之一。HPS 是一组罕见的常染色体隐性遗传病，患者会出现视力下降、眼皮肤白化、出血倾向，还常伴有肺纤维化和肉芽肿性结肠炎等症状。这些症状源于多种 LROs 功能失调，就像工厂的生产线出了问题，导致整个生产流程陷入混乱。

目前，HPS 的治疗手段有限，而且其致病基因的遗传变异情况复杂。研究发现，HPS 由 10 个基因（人类）或 16 个基因（小鼠）的突变引起，这些基因编码的蛋白质形成多个蛋白质复合物，其中 BLOC-3 复合物在 LROs 的生物发生中起着关键作用，但它的结构和分子功能却一直是个谜。同时，BLOC-3 复合物相关基因突变众多，在 ClinVar 数据库中记录的就超 2000 个，可大多变异的临床意义并不明确，这给 HPS 的诊断和治疗带来了巨大挑战。

为了揭开这些谜团，四川大学生物治疗国家重点实验室等机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Nature Communications》上，为我们理解 HPS 的发病机制带来了新曙光。

研究人员主要运用了单颗粒冷冻电镜（cryo-EM）技术、基因编辑技术（如 CRISPR/Cas9 介导的 F0 基因敲除系统）以及蛋白质相互作用分析技术（如免疫沉淀实验、GTP 酶活性检测等）。通过这些技术，他们对 BLOC-3 复合物进行了全面剖析。

在研究结果部分：

• BLOC-3 复合物的重组：研究人员利用杆状病毒表达系统在昆虫细胞中共表达并纯化人 HPS1 和 HPS4 全长蛋白，克服了蛋白取向问题，成功获得了稳定的 BLOC-3 复合物（HPS1-HPS4^Δloop），并通过冷冻电镜在 3.2 ? 分辨率下解析了其结构。
• 结构比较：将 BLOC-3 与 Mon1-Ccz1-RMC1 和 CPLANE 进行结构比较，发现它们虽有相似之处，但也存在差异。HPS1 和 HPS4 的 LD 结构域具有独特特征，4HB 结构域为 HPS1 特有，且 BLOC-3 的组装机制与其他复合物不同。
• 组装机制：BLOC-3 的 HPS1-HPS4 界面由 LD1-LD1 和 LD3-LD3 形成，界面较大且存在多种相互作用方式。通过突变实验验证了关键界面残基的作用，表明破坏复合物组装可能导致 HPS 发病。
• 保守的鸟嘌呤核苷酸交换机制：研究发现 BLOC-3 作为 RAB32 和 RAB38 的鸟嘌呤核苷酸交换因子（GEF），通过保守的 Y [R/K] 基序激活底物。结构建模揭示了 BLOC-3 与 RAB38 的结合和催化机制，突变实验进一步证实了关键残基的重要性。
• 与 RAB9A 的结合机制：BLOC-3 是 RAB9A 的效应器，研究人员通过纯化 BLOC-3 与 Rab9A Q66L 复合物并结合 AlphaFold3 建模，确定了它们的结合模式。突变实验表明 HPS4 的特定残基对与 RAB9A 的结合至关重要。
• 疾病相关突变的映射：研究人员将 HPS 相关突变映射到 BLOC-3 模型上，发现多数突变影响复合物组装，为解释 HPS 发病机制提供了结构基础。
• 斑马鱼实验验证：利用斑马鱼模型，研究发现 HPS1-HPS4 和 HPS4-RAB9A 的相互作用对黑色素体生物发生至关重要，进一步证明了 BLOC-3 在相关生理过程中的关键作用。

研究结论和讨论部分，研究人员首次解析了 BLOC-3 复合物的冷冻电镜结构，明确了其与 RAB32/38 和 RAB9A 的相互作用机制。这一成果为诊断 HPS 相关基因突变提供了便利策略，有助于理解 TLD RabGEFs 的催化机制，也为解决 RAB9A 在黑色素生成中的作用争议提供了线索。此外，研究还揭示了 BLOC-3 在黑色素体生物发生中的关键作用，为开发针对 HPS 的潜在治疗干预措施奠定了基础，推动了 HPS 研究领域的发展，有望为 HPS 患者带来新的希望。