WDR45通过相分离调控应激颗粒解聚的分子机制及其在β-螺旋蛋白相关神经退行性疾病中的作用

本研究针对β-螺旋蛋白相关神经退行性疾病（BPAN）的致病机制，揭示了WDR45蛋白通过相分离（LLPS）与Caprin-1相互作用调控应激颗粒（SG）动态解聚的新功能。研究人员发现WDR45的WD5结构域形成凝胶样凝聚体，竞争性取代G3BP1与Caprin-1的结合，从而促进SG解聚。BPAN相关突变会破坏这一过程，导致SG解聚延迟，这为理解神经退行性疾病的发病机制提供了新视角，并为治疗靶点开发奠定基础。

　　

神经退行性疾病领域长期存在一个关键谜题：为何WD重复结构域蛋白WDR45的突变会导致β-螺旋蛋白相关神经退行性病变（BPAN）？这种X连锁遗传病表现为儿童期发育迟缓及成年期进行性神经退化，其典型病理特征是基底神经节铁沉积。虽然WDR45已知参与自噬过程，但越来越多的证据表明其功能远不止于此——某些BPAN相关错义突变患者虽保持近乎正常的自噬活性，却仍出现严重神经症状，暗示存在未被揭示的致病机制。

为解开这个谜团，北京大学健康科学中心等机构的研究团队将目光投向了应激颗粒（Stress Granules, SG）——这类通过液-液相分离（Liquid-Liquid Phase Separation, LLPS）形成的动态细胞凝聚体，在神经退行性疾病中扮演着关键角色。研究人员发现WDR45能通过相分离与Caprin-1相互作用，竞争性破坏G3BP1-Caprin-1核心网络，从而促进SG解聚。BPAN相关突变会损害这种相分离能力，导致SG异常积累。这项发表于《Nature Communications》的研究不仅揭示了BPAN的新发病机制，还为SG相关神经退行性疾病的治疗提供了潜在靶点。

研究团队运用了多项关键技术：通过CRISPR-Cas9构建基因敲除细胞系；利用免疫共沉淀（Co-IP）和质谱分析鉴定WDR45相互作用蛋白；采用荧光漂白恢复（FRAP）和超分辨结构照明显微镜（SIM）分析相分离动态；建立BPAN患者来源的诱导多能干细胞（iPSC）神经元模型；开展体外重组蛋白相分离实验等。

WDR45调控多种应激条件下的SG解聚
研究发现WDR45能被招募至氧化应激、热休克等多种应激诱导的SG中。通过siRNA敲降和CRISPR敲除证实，WDR45缺失会显著延迟SG解聚，但不影响其形成。值得注意的是，其同源蛋白WDR45B也表现出类似功能，但其他WIPI家族成员（WIPI1/2）则无此作用。

WDR45与Caprin-1相分离的分子机制
质谱分析发现Caprin-1是WDR45在应激条件下的关键相互作用蛋白。体外实验显示WDR45能独立形成凝胶样凝聚体，与Caprin-1共孵育时则转变为更动态的液滴状态。这种相分离依赖WD5结构域，其中Ser183位点的突变会完全破坏凝聚体形成。

竞争性取代G3BP1的分子开关
在应激恢复期，WDR45与Caprin-1的结合逐渐增强，而G3BP1-Caprin-1相互作用则减弱。WDR45敲除细胞中G3BP1与Caprin-1的结合显著增强，导致SG核心网络更加稳定。体外实验证实，增加WDR45浓度会逐步将G3BP1排除出相分离液滴。

BPAN突变体的功能缺陷
分析的8个BPAN相关突变体中，位于WD5结构域的突变（如N202K、G204D）使相分离能力降至野生型的10-20%。这些突变体无法定位到SG，也不能挽救WDR45敲除细胞的SG解聚缺陷。值得注意的是，相分离缺陷程度与患者发病年龄呈显著负相关。

病理学意义与疾病模型验证
WDR45敲除会加剧肌萎缩侧索硬化症（ALS）相关突变蛋白FUS-R521C形成的病理性SG积累。更重要的是，来自BPAN患者的iPSC分化中脑神经元表现出明显的SG解聚延迟，而患者突变体p.(Ala276AlafsTer1)完全丧失了与Caprin-1相分离的能力。

这项研究确立了WDR45作为SG动态调控的关键分子，其通过WD5结构域介导的相分离功能为理解BPAN发病机制提供了全新视角。发现SG解聚缺陷与神经退行性症状的直接关联，不仅解释了为何某些WDR45突变会独立于自噬障碍引发疾病，还为开发靶向SG动态的干预策略奠定了理论基础。特别是WD5结构域作为"分子开关"的发现，为设计特异性调节WDR45相分离功能的小分子提供了精确靶点。该研究同时揭示了Caprin-1在神经发育和退行性疾病中的双重作用，为理解BPAN从发育异常到神经退化的病程转变提供了重要线索。这些发现对ALS、额颞叶痴呆等其他SG相关神经退行性疾病的治疗也具有重要借鉴意义。