脑特异性动力蛋白超家族成员RNF112的结构与功能特征：揭示GTP水解偶联膜重塑新机制

本研究首次解析了脑特异性动力蛋白超家族成员RNF112在不同GTP水解阶段的晶体结构，揭示了其独特的自抑制构象和GTP水解偶联结构域重排机制。通过系统研究RNF112的生化特性，鉴定出关键活性残基，并证明工程化RNF112能以GTP依赖方式介导膜重塑，为理解其相关疾病机制及动力蛋白超家族功能拓展提供了重要依据。

　　

RNF112的结构特征与域间动态
研究聚焦脑特异性蛋白RNF112（又称ZNF179/neurolastin），其作为动力蛋白超家族新成员，包含GTP酶结构域（GD）和三螺旋中间结构域（MD）。晶体结构显示，在无核苷酸（apo）状态下，RNF112_T（截短体）呈现独特的自抑制构象：MD近端插入GD的疏水沟槽中，通过Met456-Phe459等残基形成稳定相互作用。而在GTP水解过渡态（GDP•AlF₄^?结合状态），MD从GD释放并伸展，形成交叉二聚体，二聚界面达3,188 ?²，涉及Arg196-Gly235等关键催化元件。

GTP水解的分子机制
RNF112偏好Mn²⁺作为辅因子，其GTP酶活性依赖Arg195（“精氨酸指”）的中和作用。突变实验显示，R195E/H突变体几乎丧失水解能力，证实该残基对催化不可或缺。过渡态结构中，AlF₄^?与GDP的β-磷酸基团及催化水分子（H₂O_cat）协同作用，而G1-G3基序的构象稳定由二聚化驱动。FRET实验进一步揭示，RNF112的构象变化范围小于同家族蛋白ATL1，仅表现为30°的MD刚性摆动，无典型“伸展构象”。

膜重塑能力的实验验证
通过酵母互补实验，将RNF112的C端替换为ATL1跨膜区或酵母Sac1p的膜锚定域后，工程化蛋白可定位至内质网（ER），并部分挽救^sey1Δyop1Δ酵母的ER管状网络缺陷。值得注意的是，GTP酶缺陷突变体（R195E）及二聚界面突变体（K384E）均丧失功能，表明GTP水解依赖的二聚化是膜重塑的关键。

泛素连接酶活性的独立性
RNF112的N端RING结构域具有E3泛素连接酶活性，质谱鉴定出GD-MD区域的Lys384等8个自泛素化位点。有趣的是，该活性不受核苷酸结合状态或GTP酶活性的影响，且RING结构域与GD-MD的物理连接为高效自泛素化所必需。这种功能分离提示RNF112可能通过“双功能模式”协同调控神经元蛋白稳态与细胞器动力学。

生理意义与疾病关联
研究阐明了RNF112在神经发育中的双重角色：一方面通过泛素化调控TDP-43等底物降解，另一方面以动力蛋白样活性维持突触内体和线粒体形态。动物模型显示，RNF112敲除导致脑体积减小、树突棘密度降低，并与Smith-Magenis综合征（SMS）、阿尔茨海默病等神经疾病相关。其独特的自抑制构象可能解释其较低的基础GTP酶活性，而应激诱导的线粒体定位暗示其在神经保护中的作用。

这项研究为理解动力蛋白超家族的进化多样性提供了结构模板，并为靶向RNF112相关神经疾病的干预策略奠定了分子基础。