解析蛋白新机制

早年毕业于复旦大学的胡红雨研究员近年来主要从事蛋白质错误折叠、淀粉样积聚和降解作用的分子机制及与神经退行性疾病的关系。近期其研究组在蛋白机制研究方面获得了两项重要成果，分别是辅伴侣蛋白HSJ1a双重调节底物蛋白降解的机制，以及TDP-43蛋白在细胞质内形成包涵体的机制。

在真核细胞中，分子伴侣直接和泛素-蛋白酶体系统合作完成蛋白质的质量控制（Protein Quality Control），维持体内蛋白质生成和降解的平衡，而连接分子伴侣与泛素-蛋白酶体系统的桥梁是分子伴侣。遗传性III-型脊髓小脑型共济失调症(Spinocerebellar Ataxia 3，SCA3)是一种神经退行性疾病，与其相关的基因ataxin-3上CAG重复序列发生突变，编码多聚谷氨酰胺（Polyglutamine，PolyQ）延伸的Ataxin-3蛋白有关。PolyQ的延伸突变导致疾病相关蛋白在细胞内形成包涵体（或积聚体）；包涵体中除了含有泛素化的底物蛋白外，还含有分子伴侣、辅伴侣及蛋白酶体等各种成份，说明这些成份参与了错误折叠蛋白的质量控制过程，但是具体的机制还不清楚。

胡红雨研究组发表了题为“Co-Chaperone HSJ1a Dually Regulates the Proteasomal Degradation of Ataxin-3”。该论文阐明了辅伴侣蛋白调节共济失调3型蛋白(Ataxin-3)通过蛋白酶体系统降解的分子机制。这一研究成果公布在《PLoS ONE》杂志上。

神经特异性表达的辅伴侣蛋白HSJ1a是辅伴侣蛋白家族的一员，它同时具备了与分子伴侣HSP70作用并调节其ATP酶活性的J结构域和与泛素结合的UIM结构域。

博士生高雪超等人利用生物化学和细胞生物学等方法研究了HSJ1a对野生型和PolyQ延伸突变体Ataxin-3蛋白降解的调节作用。研究发现HSJ1a与PolyQ延伸突变的Ataxin-3形成的包涵体共定位，过表达HSJ1a可减少包涵体的形成。进一步的研究表明HSJ1a可以调节Ataxin-3蛋白的水平，其N-端的J结构域可以通过调节HSP70的活性来促进HSP70介导的Ataxin-3的降解，减少Ataxin-3蛋白在细胞内的水平；而C-端的UIM结构域则通过与泛素结合，从而抑制Ataxin-3通过蛋白酶体的降解，稳定Ataxin-3在细胞内的水平。这些研究成果拓展了人们对多结构域的辅伴侣蛋白的生物功能以及分子伴侣与泛素-蛋白酶体系统之间相互联系的认识。

另外一篇文章中，研究人员阐明了TDP-43蛋白的降解片段TDP-35是其在细胞质内形成包涵体的主要原因，并且包涵体的形成引起该蛋白质参与RNA加工功能的改变。这一研究成果公布在The FASEB Journal杂志上。

肌萎缩侧索硬化症(Amyotrophic Lateral Sclerosis, ALS)和额颞叶变性（Frontotemporal Lobar Degeneration，FTLD)是两类有类似临床表征的神经退行性疾病，它们的主要病理特征是神经元的退化，而存活的神经细胞内有大量包涵体存在。在这两类疾病患者神经细胞的包涵体中发现有TDP-43蛋白及其C-端裂解产物的大量沉积。TDP-43蛋白的N-端含有两个串联的RNA 识别模体，而C-端为丰富甘氨酸的天然无结构区域。在病理情况下TDP-43蛋白会发生片段化，产生两个C-端的降解片段。然而，TDP-43发生积聚的分子机制以及形成的包涵体对细胞造成的影响还不清楚。

在这篇文章中，博士生车美霞等人首先利用生物化学和细胞生物学方法研究了TDP-43片段化对包涵体形成及对细胞mRNA加工的影响。在HEK 293T细胞株中过表达TDP-43 及其C-端片段时发现，TDP-43蛋白定位于细胞核内且不形成包涵体；而TDP-35在细胞质中形成包涵体，并且能够将TDP-43蛋白招募至细胞质包涵体中。TDP-43蛋白参与mRNA前体的剪切，而TDP-35则表现出与其相反的功能。

通过对体外纯化蛋白质的研究发现，TDP-43蛋白虽然是一个寡聚体，但不容易积聚形成沉淀，而TDP-35蛋白则容易积聚形成沉淀；而且TDP-35蛋白具有种子效应，能够促进TDP-43蛋白的积聚和沉淀，这可能是病理情况下TDP-43蛋白形成包涵体的一个重要因素。这些研究成果加深了人们对于细胞内包涵体形成和这两类神经退行性疾病病理发生过程的认识。