揭秘 Hsc70 伴侣系统拆解淀粉样原纤维机制：DNAJB1 的关键作用

《Communications Biology》：Stepwise recruitment of chaperone Hsc70 by DNAJB1 produces ordered arrays primed for bursts of amyloid fibril disassembly

在神经退行性疾病中，蛋白聚集体的积累是一大难题。为探究 Hsp70 伴侣系统在淀粉样原纤维解聚中的作用，研究人员聚焦 J 结构域蛋白辅因子 DNAJB1。他们通过冷冻电镜（cryo-EM）等技术研究发现，DNAJB1 能调控 Hsc70 有序组装，这一成果对维持细胞蛋白质组健康意义重大。

　　在神秘的细胞世界里，蛋白质如同精密的机器零件，各司其职，维持着细胞的正常运转。然而，在一些神经退行性疾病中，蛋白质却像脱缰的野马，发生异常聚集，形成淀粉样原纤维。就拿帕金森病来说，α- 突触核蛋白（αSyn）会自我组装，从单体变成不稳定的小物种，进而形成富含 β- 折叠的大寡聚体，最终成为高度有序的淀粉样原纤维。这些纤维不仅自身具有神经毒性，还能在神经元之间传播，导致疾病的恶化，可目前其毒性机制仍是未解之谜。

与此同时，70kDa 热休克蛋白（Hsp70）家族作为细胞内的 “质量控制大师”，在调节蛋白质折叠、防止聚集和分解聚集体等方面发挥着关键作用。Hsp70 的工作离不开两个重要助手：J 结构域蛋白（JDP）和核苷酸交换因子（NEF）。其中，Hsc70（组成型表达的人类胞质 Hsp70）、DNAJB1（一种 B 类 JDP）和 Apg2（NEF Hsp110）组成的 “黄金搭档”，能够拆解 αSyn、tau 和亨廷顿蛋白外显子 1 淀粉样原纤维。可一直以来，这一拆解过程背后的结构信息却缺失，严重阻碍了人们对其深入理解。

为了揭开这层面纱，英国伦敦大学伯克贝克学院（Institute of Structural and Molecular Biology, Birkbeck University of London）和德国海德堡大学分子生物学中心（Center for Molecular Biology of Heidelberg University）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《Communications Biology》上，为我们带来了全新的认知。

在这项研究中，研究人员主要运用了冷冻电镜（cryo-EM）和冷冻电子断层扫描（cryo-ET）技术。他们首先通过蛋白纯化技术获取实验所需的各类蛋白质，随后利用 αSyn 原纤维形成反应得到淀粉样原纤维，再借助结合试验、硫代黄素 T（ThT）试验等方法，深入探究蛋白之间的相互作用和原纤维解聚情况。最后，利用 cryo-EM 和 cryo-ET 技术，从微观层面观察蛋白复合物的结构，为研究提供关键依据。

研究结果主要有以下几个方面：

• 低盐条件增强 DNAJB1 结合：DNAJB1 与 αSyn 淀粉样原纤维的结合在生理缓冲液中并不充分。研究人员发现，通过降低缓冲液中的盐浓度，能显著增强其结合能力。在低盐缓冲液（HD）中，80% 的 DNAJB1 可与淀粉样原纤维结合，是高盐缓冲液（HKMD）中的两倍。并且，这种结合是可逆的，加回盐后结合量会恢复原状。这一发现为后续研究提供了更优的实验条件。
• DNAJB1 结合位置及结构特征：通过 cryo-EM 单颗粒分析，研究人员发现 DNAJB1 以不对称的位置、40? 的重复间隔紧密结合在 αSyn 淀粉样原纤维上，呈现出马蹄形结构。即便缺少 J 结构域和 G/F 连接子的 ΔJ-DNAJB1，也能以类似的方式结合原纤维，只是其装饰图案与野生型 DNAJB1 有所不同。这表明 J 结构域并非 DNAJB1 结合原纤维所必需，但对招募 Hsc70 至关重要。
• Helix V 对伴侣蛋白组装的影响：研究人员利用缺失 Helix V 的突变体 ΔH5 DNAJB1 进行研究。ThT 试验表明，该突变体虽能招募 Hsc70，但无法触发原纤维解聚。cryo-ET 结果显示，野生型 DNAJB1 与 Hsc70、Apg2 形成的复合物在原纤维上呈现高度有序的簇状结构，而 ΔH5 DNAJB1 的复合物则分布较为散乱。这说明 Helix V 对形成有序、活跃的伴侣蛋白簇至关重要，进而影响原纤维的解聚。

综合研究结果，研究人员认为 DNAJB1 通过两步激活机制，调控 Hsc70 在原纤维上的有序组装。第一步，Hsc70 的 EEVD 基序与 DNAJB1 的 C 末端结构域结合，释放 DNAJB1 的自动抑制螺旋 V；第二步，J 结构域与 Hsc70 的 ATP 酶结构域结合，激活 Hsc70。这种有序组装可能引发 Hsc70 的级联招募和激活，从原纤维暴露端开始协调、有序地进行结合和解聚。

从医学意义来看，虽然研究中的淀粉样原纤维核心与患者体内的存在一定差异，但由于 DNAJB1 的结合位点在 αSyn 的 C 末端，而患者体内的 αSyn 聚集体常发生 C 末端截断，这可能导致 DNAJB1 结合和 Hsc70 招募不足，使得这些聚集体难以被解聚。这一发现为理解神经退行性疾病的发病机制提供了新视角，也为开发潜在的治疗策略奠定了基础，有助于未来找到干预疾病进展的新方法，为攻克神经退行性疾病带来希望。