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Cell | RNA G四链体促进α-synuclein累积

BioArt · 公众号 · 生物 · 2024-11-03 09:21

正文

撰文 | 一只鱼

α-Synuclein (αSyn) 是一种天然无序蛋白，突触囊泡中存在相对高浓度的αSyn，它也可以在细胞质中以天然未折叠的单体形式存在，虽然αSyn的生理作用尚不明确，但它可能参与突触囊泡聚集、对接、融合和再循环。在病理条件下，αSyn会聚集形成具有毒性的寡聚体、原纤维和淀粉样纤维。αSyn蛋白病包括帕金森病、路易体痴呆和多发性系统退化症等，但是天然αSyn转化成病理性聚集体的机制仍不清楚。

近日，来自日本熊本大学的Yasushi YabukiI和Norifumi Shioda研究团队在Cell上发表题为RNA G-quadruplexes form scaffolds that promote neuropathological a-synuclein aggregation的文章，发现RNA G四链体的组装为αSyn的累积提供支架，细胞内Ca²⁺可以诱导RNA G四链体组装，并促进αSyn相变和沉积，用药物抑制RNA G四链体组装可以抑制αSyn累积、神经退行以及相关运动缺陷。

研究人员首先分析了内源αSyn聚集的时间动态变化，他们用人类αSyn预先形成的原纤维（PFF）处理小鼠原代皮层神经元，第129位丝氨酸磷酸化的αSyn（pS129，路易体LB的典型特征）水平随时间逐渐增加，并且含有RNA的核糖核蛋白（RNP）颗粒可以为αSyn的聚集提供支架，于是他们检测了RNA对于αSyn液-液相分离（LLPS）的影响，发现添加RNA可以促进αSyn的LLPS，由液滴转化成胶样状态。于是他们检测了αSyn的核酸结合能力，用重组的人类αSyn和随机的24个核苷酸的RNA进行了RNA Bind-n-Seq分析，发现αSyn结合连续的鸟嘌呤序列，而RNA G四链体（rG4）是一种由相邻的鸟嘌呤形成的四链结构，因此αSyn可能结合rG4，进一步分析发现αSyn确实会结合rG4并经历固-胶相变。为了研究rG4诱导αSyn沉积的细胞内机制，他们检测了Mg²⁺和Ca²⁺，发现Ca²⁺可以促进rG4 LLPS液滴形成，并且这些液滴可以与αSyn共沉积，形成胶样状态，因此，Ca²⁺诱导的rG4组装对于αSyn沉积至关重要。

接下来他们用G4链体特异性抗体BG4和pS129抗体对PFF处理的小鼠神经元细胞进行了RIP-seq，鉴定到了1365个基因转录本，并且其中许多与突触相关。为了直接证明rG4可以诱导αSyn沉积，他们开发了一种光遗传学诱导的rG4组装系统“optpG4”。在表达optpG4系统的小鼠神经元细胞中，蓝光刺激3小时后可以检测到内源αSyn形成聚集体，并且自发兴奋性突触后电流（sEPSC）的振幅和频率也显著降低。接下来他们将optoG4系统应用到体内实验中，将重组的AAV注射到小鼠的黑质多巴胺能神经元，用蓝光刺激，发现多巴胺能神经元数目显著降低，小鼠也出现帕金森病类似的运动缺陷。PPIX可以结合r4G，用PPIX处理可以导致r4G液滴体积变小，r4G和αSyn的胶状聚集体的形成也受到抑制。由于PPIX具有细胞毒性，因此不能用于体内实验，于是他们用其低毒性的前体药物5-ALA进行体内实验，发现可以显著抑制PFF注射导致的运动缺陷，pS129 αSyn的形成以及黑质多巴胺能神经元的退化也被抑制。