低复杂性结构域通过相分离液滴抑制酵母Sup35蛋白淀粉样纤维形成的跨物种保守机制

本期推荐：日本研究团队通过构建酵母朊蛋白Sup35NM的异源混合液滴体系，发现低复杂性结构域(LCDs)的共存可延缓淀粉样纤维形成。该研究揭示相分离液滴中分子间弱相互作用能抑制病理聚集，为阿尔茨海默病等蛋白质构象疾病提供新的干预策略，成果发表于《npj Biosensing》。

　　在细胞内部，蛋白质通过液液相分离(LLPS)形成动态的膜无细胞器，这种过程由含有低复杂性结构域(LCDs)的蛋白质驱动。这些结构域能够介导多价且瞬时的分子间相互作用，但某些LCDs也容易发生病理性聚集。已有研究表明，多种含LCDs的蛋白质在体外实验中会从液滴状态转变为淀粉样纤维，这种现象被认为与神经退行性疾病如阿尔茨海默病和帕金森病的发病机制相关。然而，液滴内部淀粉样纤维成核的具体机制仍不清楚，特别是其他共存分子如何影响这一过程尚待阐明。

日本东京工业大学的研究团队以酵母朊蛋白Sup35为模型，系统研究了不同酵母物种来源的Sup35NM（N端和M端结构域）在相分离液滴中的行为。该蛋白是翻译终止因子，其N端结构域富含谷氨酰胺(Gln)、甘氨酸(Gly)、天冬酰胺(Asn)和酪氨酸(Tyr)，占比约80%，包含两个淀粉样纤维成核位点；M端则是带有电荷偏置的低复杂性区域，富含赖氨酸(Lys)、谷氨酸(Glu)和天冬氨酸(Asp)。研究选取了酿酒酵母(SC)、乳酸克鲁维酵母(KL)和白念珠菌(CA)三种进化距离较远的酵母Sup35NM，以及裂殖酵母(SP)的Sup35NM作为对照。

关键技术方法包括：1）通过浊度测量和光学显微镜观察不同温度/PEG浓度下的液滴形成行为；2）使用硫黄素T(ThT)荧光检测监测淀粉样纤维形成动力学；3）荧光标记（Alexa Fluor 488/594）示踪异源蛋白在液滴中的共定位；4）种子实验验证纤维的淀粉样特性；5）比较单一与混合蛋白体系的纤维形成差异。

研究结果部分：
"不同酵母物种Sup35NM蛋白的液滴形成"显示所有测试的Sup35NM均能在分子拥挤剂(PEG)存在下形成液滴，其中SC、KL和CA-Sup35NM表现出典型的上临界溶解温度(UCST)行为，而SP-Sup35NM虽能形成液滴但缺乏温度敏感性。液滴形成依赖于PEG浓度，高浓度促进相分离。

"不同酵母物种Sup35NM液滴中的淀粉样纤维形成"证实SC、KL和CA-Sup35NM在液滴条件下（15-20% PEG）淀粉样纤维形成显著加速，而在非液滴条件（5% PEG）下缓慢。ThT检测显示所有变体均呈现滞后期的荧光增强。SP-Sup35NM则未观察到纤维形成，与其在酵母中无法诱导淀粉样聚集的报道一致。种子实验验证了纤维的淀粉样特性，且异源蛋白间无交叉接种现象。

"Sup35NM异源混合物的液滴形成"通过双色荧光标记证实，尽管序列同源性低，SC/KL、SC/CA甚至SP/KL-Sup35NM均能共定位在同一液滴中。浊度测量显示混合体系的液滴性质与单一蛋白相似，表明异源蛋白共存不影响基本相分离行为。

"异源混合Sup35NM蛋白延缓淀粉样纤维形成"是核心发现：在液滴条件下（15-20% PEG），混合体系的纤维形成显著延迟，且延迟程度与PEG浓度正相关。荧光显微镜显示SC/KL混合体系中纤维信号无重叠，表明独立成核；而SC/CA体系中纤维信号共定位可能源于原纤维缠结。对照实验证实不含LCDs的牛血清白蛋白(BSA)无此抑制效应，SP-Sup35NM也能延缓其他变体的纤维形成。

结论与讨论指出，保守的分子相互作用机制（如N端Tyr的π-π堆积、M端电荷相互作用）使不同Sup35NM变体能在液滴中共存。异源蛋白通过淀粉样成核位点的瞬时弱相互作用，竞争性抑制构象转变所需的分子重排。这种抑制效应不依赖高序列相似性，只要蛋白质共享类似的液滴形成相互作用机制即可实现，提示细胞内多种LCDs可能共同调控淀粉样病理过程。研究为理解相分离液滴的"分子缓冲"功能提供了实验证据，为开发针对蛋白质构象疾病的新策略——通过调节液滴组成而非直接靶向致病蛋白——奠定了理论基础。未来研究需进一步解析液滴内分子相互作用的动态特征及其与疾病相关蛋白的交叉调控网络。