蛋白质分离中可逆淀粉样蛋白形成的生物学功能

来源：iNature

无膜细胞器在特定的亚细胞基因座处凝聚以实现确定的生物学功能，与稳定的膜结合细胞器相比，响应细胞刺激而动态组装和分解。大量研究已经发现许多RNA结合蛋白，如FUS，hnRNPA1和TDP43，在很大程度上促成了这种条件细胞区室的研究。这些蛋白质通常含有低复杂性（LC）结构域，可通过弱多价相互作用驱动全长蛋白质进行液 - 液相分离（LLPS），也易于淀粉样蛋白聚集。在神经退行性疾病中发现的LC的错义突变，包括肌萎缩侧索硬化症（ALS），多系统蛋白病（MSP）和额颞叶痴呆（FTD），可以促进淀粉样蛋白聚集，这与这些疾病的发病机制密切相关。

2019年5月1日，上海有机所刘聪团队联合上海交通大学Bio-X研究院李丹团队在Nature Communications上发表题为“Structural basis for reversible amyloids of hnRNPA1 elucidates theirrole in stress granule assembly”的文章。该研究连接了hnRNPA1的液相和固相，并阐明了可逆性淀粉样蛋白在应力颗粒组装中的功能作用以及作为中间体进入不可逆原纤维的病理风险。

为了观察hnRNPA1的分离，研究人员将hnRNPA1溶液从25℃冷却至4℃，溶液在几分钟内变浑浊。微分干涉对比（DIC）显微镜显示液相中的hnRNPA1球形液滴。液滴的液体性质显示为两个相邻的液滴在几秒钟内自发融合。随后将分离的hnRNPA1样品沉积在TEM网格上，通过负染TEM检查液滴的含量。有趣的是，在液滴中观察到一束淀粉样原纤维。尽管在TEM网格制备过程中仔细监控了液滴的大小和形状，以尽量减少干燥的影响，但仍然可能观察到的原纤维来自干燥伪影。

因此，通过使用共聚焦显微镜和分光光度法监测硫磺素T（ThT）荧光来进一步验证淀粉样蛋白原纤维的形成。结果显示液滴中ThT强度的特异性增强，这与TEM成像一致，表明液滴中的淀粉样蛋白原纤维形成。为了排除可能的ThT染色伪影，将FUS RGG区域（残基371-526）用作对照。 FUS RGG可以进行LLPS，但不含淀粉样蛋白形成序列。对照样品与hnRNPA1样品相比没有明显的ThT强度，通过调整图像对比度人工增强ThT强度表明ThT在对照样品中扩散，而不是像在细胞中看到的那样在液滴中浓缩。

hnRNPA1相变示意图

亚细胞无膜细胞器由具有低复杂性结构域的蛋白质组成。其中许多，如hnRNPA1，可以组装成多分散液相和淀粉样原纤维的有序固相。在该研究中，研究人员观察到hnRNPA1的可逆淀粉样蛋白形成，其与液 - 液相分离同步，调节液体样液滴的流动性，并促进hnRNPA1募集到应力颗粒中。研究人员鉴定了hnRNPA1的可逆淀粉样蛋白形成核心（命名为hnRACs）。 hnRACs的原子结构揭示了堆积Asp残基的独特特征，这有助于原纤维的可逆性，并解释了由家族性ALS中鉴定的Asp突变引起的不可逆的病理性原纤维形成。该研究描述了可逆性淀粉样蛋白原纤维的结构多样性和异质性，并阐明了蛋白质分离中可逆淀粉样蛋白形成的生物学功能。