Molecular determinants of α-synuclein mutants' oligomerization and membrane interactions

doi:10.1021/cn500332w

.2015年3月18日；6(3):403-16.

doi:10.1021/cn500332w。 Epub 2015年1月21日。

α-synuclein突变体齐聚和膜相互作用的分子决定因素

附属公司

PMID： 25561023
预防性维修识别码：项目经理4944825
内政部： 10.1021/cn500332瓦

α-synuclein突变体齐聚和膜相互作用的分子决定因素

Igor F Tsigelny公司等。 ACS化学神经科学. 2015.

.2015年3月18日；6(3):403-16.

doi:10.1021/cn500332w。 Epub 2015年1月21日。

附属

¹†圣地亚哥超级计算机中心、摩尔癌症中心、神经科学系和美国加州大学圣地亚哥分校病理学系，邮编：92093。

PMID： 25561023
预防性维修识别码：项目经理4944825
内政部： 10.1021/cn500332w

摘要

帕金森氏病（PD）与可穿透细胞膜的有毒α-突触核蛋白低聚物的形成有关。家族型PD是由点突变A53T、A30P、E46K和H50Q引起的。人工点突变E35K和E57K也会增加齐聚和孔隙形成。我们利用分子动力学生成了α-突触核蛋白和上述突变体的结构构象。我们阐明了这些构象异构体中与膜接触的四个主要区域，并发现包括残基39-45（Zone2）的区域可能具有最大的膜穿透力。E57K突变体与膜的相互作用率最高，其次是A53T、E46K和E35K突变体以及野生型α-突触核蛋白。与所有其他突变体和wtα-突触核蛋白相比，突变体A30P通过2区与膜接触的构象百分比最小。这些结果在体外实验中得到了证实。我们确定了可以与膜相互作用的关键氨基酸（Y38、E62和N65（第一亲水层）；E104、E105和D115（第二亲水层）以及V15和V26（中心疏水层））和参与蛋白质间接触的残基（L38、V48、V49、Q62和T64）。了解α-突变体的分子相互作用对于设计阻止有毒低聚物形成的化合物非常重要。

关键词：膜相互作用；分子动力学；神经变性；低聚物；α-突触核蛋白；α-突变体。

PubMed免责声明

利益冲突声明

利益冲突

手稿的作者与本手稿中提到的商业身份没有直接的财务关系，这可能会导致任何作者的利益冲突。

数字

图1
突变体和wtα同构体的20 ns间隔MD快照。初始NMR构象的二级结构在MD期间包含了很大比例的α-螺旋变化*E35K系列*和*E57型*突变体。在MD早期，wtαsyn和*E46K系列*,*H50Q型*,*53吨*、和*E57K型*突变体。

图2
可能的二聚体向环状低聚物扩散的示例。这些二聚体是通过选择最佳能量对接位置和连续延伸从初始构象中生成的（参见*材料和方法*第节）和水箱中的MD平衡。环状低聚物含有5到7种单体蛋白质。

图3
突变构象和wt构象在MD期间的二级结构演变。wtαsyn（A）和突变体：A30P（B）、E35K（C）、E46K（D）、H50Q（E）、A53T（F）和E57K（G）。二级结构杆：T形转弯、Eβ链、Bβ-转弯、Hα-螺旋、G-3₁₀-螺旋，I-pi-helix，C-coil。在残基43–56、83–87和96–99区域的wtαsyn中出现了翻转二级结构。在E35K和H50Q中，这些结构出现在39-45区域。新的α-螺旋结构开始出现在wt和αsyn的所有突变体的C末端。

图4
MD期间α同三级结构的演变和与膜的相互作用。（A）MD期间这些蛋白质的回转半径的演变。最大回转半径显示*30便士*和*E35K系列*突变体，其次是*H50Q型*,*A53T型*、和*E46K系列*（B）wt和突变αsyn.的膜相互作用。所有以间隔10 ns wtαsyn和突变构象选择的细胞膜的大多数相互作用发生在wtαsyn序列的四个区域。这些区域位于残基2-5、39-45、62-67和96-100。我们将这些区域称为Zone1、Zone2、Zone3和Zone4。（C）所有突变体和wtαsyn的最大膜相互作用区。（D）蛋白质的膜渗透深度取决于接触区域。渗透到5°左右意味着轻微浸入到膜的上层。对于2区，我们预测浸入程度明显更大，高达15°，表明可能开始进一步渗透膜。

图5
突变体和wtα同构体的膜相互作用。（A） wt 80 ns异构体在1区内与膜接触。（B）*A30P飞机*突变体60-ns构象与1区内的膜接触。（C）*A53T型*在3区内与膜接触的突变体20 ns构象。（D）*H50Q型*突变型100 ns构象接触3区（E）wtαsyn 50 ns构象内的膜，同时接触1区和2区内的膜。（F）*A53T型*突变型40ns构象与4区内的膜接触。（G）*E57K型*突变体80ns构象与4区内的膜接触。（H）*H50Q型*突变体80ns构象与4区内的膜接触。（一）*30便士*突变体100-ns构象与2区内的膜接触。（J）*A53T型*突变体100-ns构象与2区内的膜接触。（K）*E57K型*突变体100-ns构象与2区内的膜接触。（左）*E35K系列*突变体80 ns构象在Zone2内与膜接触。（百万）*h50克*突变体40ns构象与2区内的膜接触。（N）*E46K系列*在2区内与膜接触的突变体20 ns构象。

图6
wt和突变αsyn-MD构象的膜相互作用。如图4所示，所有wt和突变体构象与膜的主要预测相互作用区域为1区至4区。αsyn序列的1区残基2–5、2区残基39–45、3区残基62–67和4区残基96–100。不同突变体与膜的相互作用不同。对于所有突变体，主膜穿透区2的出现率从wt和*E35K系列*和*E46K系列*突变体接近60%*53吨*和*E57K型*突变体αsyn。突变体*A30P飞机*显示了Zone2触点出现的最低百分比。这样的结果可以支持这样一种假设，即Zone2可以作为膜透过程的提示。100 ns MD期间与膜相互作用的蛋白质的这些特定区域的百分比：（A）wt，（B）*A30P飞机*，（C）*E35K系列*，（D）*E46K系列*，（E）*H50Q型*，（F）*A53T型*，和（G）*E57K型*（H）MD.Wt和A30P突变αsyn期间构象的膜亲和力在MD最后20 ns时显示出膜结合倾向的最低值，这与这些蛋白质的Zone2接触预测一致。

图7
在2区内与膜接触的异构体百分比*53吨*（A）和*E57K型*（B）突变体，带有额外的突变*K43D公司*（C）和*K45D公司*（D）和*K43伏*（E）和*K45伏*（F）这两个额外的突变都完全消除了Zone2与膜的接触。这些结果预测，将αsyn中的赖氨酸43和45替换为相反电荷残基（天冬氨酸）或疏水残基（缬氨酸）将完全消除可能与膜接触的2区，并持续显著抑制αsyn膜的渗透。

图8
*In-vitro公司*用western blot、免疫细胞化学和电子显微镜分析αsynwt和突变肽。（A）具有代表性的western blot显示，wt和突变型αsyn存在αsyn单体、二聚体和低聚物，其中wt和突变体αsyn的蛋白质积累最多*A53T型*和*57公里*αsyn突变。（B）感染LC-对照和LV-αsyn-wt和αsyn突变的B103细胞的免疫细胞化学。箭头表示wt边缘的染色增强，*E46K系列*,*H50Q型*、和*E57K型*感染细胞，而*A30P飞机*,*E35K系列*、和*A53T型*感染细胞在整个细胞中呈弥散染色。比例尺=10μm。（C）感染LV-control（Cntl）、LV-wt或LV-αsyn突变体的细胞的典型电子显微照片显示，所有LV-αsyn感染细胞的免疫金沉积与细胞边缘相关，在E46K感染细胞中有所增加，（D）在*H50Q型*,*53吨*、和*E57K型*αsyn感染细胞。比例尺=1μm。（E） MD期间Zone2与膜接触的构象体百分比（构象体）、西部斑点定义的四聚体和免疫金沉积（金染色）、突变和wtαsyn的二聚体理论上形成的环百分比（环百分比）。以下两个最大值*E57K型*和*A53T型*在理论和实验方法上都是相似的。

请参阅PMC中的此图像和版权信息

类似文章

家族性帕金森病突变影响α-突触核蛋白组装。
小野K、池田T、高崎J、山田M。 Ono K等人。神经生物学疾病。2011年9月；43(3):715-24. doi:10.1016/j.nbd.2011.05.025。Epub 2011年6月7日。神经生物学疾病。2011 PMID：21684335
帕金森病细胞模型中人类A53Tα-突触核蛋白对线粒体动力学的损伤和NAP（达夫奈德）的拯救。
Melo TQ、van Zomeren KC、Ferrari MF、Boddeke HW、Copray JC。 Melo TQ等人。实验脑研究2017年3月；235(3):731-742. doi:10.1007/s00221-016-4836-9。Epub 2016年11月19日。 Exp Brain研究。2017。 PMID：27866262 免费PMC文章。
帕金森病连锁突变和N-末端乙酰化在3,4-二羟基苯乙醛诱导的α-突触核蛋白齐聚中的作用。
弗吉尼亚州利马市，洛杉矶纳西门托市，埃利泽·D，Follmer C。利马VA等人。 ACS化学神经科学。2019年1月16日；10(1):690-703. doi:10.1021/acschemneuro.8b00498。Epub 2018年11月5日。 ACS化学神经科学。2019 PMID：30352158 免费PMC文章。
α-突触核蛋白与膜的相互作用及其在帕金森病中的意义：文献综述。
冈萨雷斯-霍塔A。冈萨雷斯-霍塔A。国家生产委员会。2015年10月；10(10):1775-8. 国家生产委员会。2015 PMID：26669123 审查。
帕金森病和α-突触核蛋白：帕金森病是朊病毒样疾病吗？
奥拉诺·CW，布伦丁·P。 Olanow CW等人。 Mov Disord公司。2013年1月；28(1):31-40. doi:10.1002/mds.25373。 Mov Disord公司。2013 PMID：23390095 审查。

查看所有类似文章

引用人

纳米粒子上固定的热休克蛋白90增强了对淀粉样蛋白形成的抑制作用。
罗德里格斯-拉莫斯A、冈萨雷斯JA、法纳拉加ML。 Rodríguez Ramos A等人。 ACS化学神经科学。2023年8月2日；14(15):2811-2817. doi:10.1021/acschemneuro.3c00370。Epub 2023年7月20日。 ACS化学神经科学。2023 PMID：37471620 免费PMC文章。
通过计算药物重新定位、药物基因组学、分子对接和MD模拟研究，从FDA批准的药物中探索潜在的尤因肉瘤药物。
Hassan M、Yasir M、Shahzadi S、Kloczkowski A。 Hassan M等人。 ACS欧米茄。2022年6月1日；7(23):19243-19260. doi:10.1021/acsomega.2c00518。eCollection 2022年6月14日。 ACS欧米茄。2022 PMID：35721972 免费PMC文章。
脂肪酶调节细胞脂肪酸稳态作为帕金森病的治疗策略。
Fanning S、Cirka H、Thies JL、Jeong J、Niemi SM、Yoon J、Ho GPH、Pacheco JA、Dettmer U、Liu L、Clish CB、Hodgetts KJ、Hutchinson JN、Muratore CR、Caldwell GA、Caldwill KA、Selkoe D。 Fanning S等人。 NPJ帕金森病。2022年6月9日；8(1):74. doi:10.1038/s41531-022-00335-6。 NPJ帕金森病。2022 PMID：35680956 免费PMC文章。
α-突触核蛋白：围绕其结构、影响因素和应用技术的包罗万象的旅行。
Bisi N、Feni L、Peqini K、Pérez-Peña H、Ongeri S、Pieraccini S、Pellegrino S。 Bisi N等人。前部化学。2021年7月7日；9:666585. doi:10.3389/fchem.2021.666585。eCollection 2021年。前部化学。2021 PMID：34307295 免费PMC文章。审查。
脂肪酸结合蛋白在α-同核蛋白诱导的同核蛋白病线粒体损伤中的作用。
Cheng A、Jia W、Kawahata I、Fukunaga K。 Cheng A等人。生物医学。2021年5月17日；9(5):560. doi:10.3390/生物医学9050560。生物医学。2021 PMID：34067791 免费PMC文章。审查。

查看所有“被引用”文章

工具书类

1. Goedert M.Alpha-synuclein与神经退行性疾病。Nat Rev神经科学。2001;2:492–501.-公共医学
1. Danzer KM、Haasen D、Karow AR、Moussaud S、Habeck M、Giese A、Kretzschmar H、Hengerer B、Kostka MJ。不同种类的α-突触核蛋白低聚物诱导钙内流和接种。神经科学杂志。2007;27:9220–9232.-项目管理咨询公司-公共医学
1. Karpinar DP、Balija MB、Kügler S、Opazo F、Rezaei-Ghaleh N、Wender N、Kim HY、Taschenberger G、Falkenburger BH、Heise H、Kumar A、Riedel D、Fichtner L、Voigt A、Braus GH、Giller K、Becker S、Herzig A、Baldus M、Jäckle H、Eimer S、Schulz JB、Griesinger C、Zweckstetter M。在帕金森病模型中，β结构受损的纤颤前α-同核蛋白变体增加了神经毒性。EMBO J.2009；28:3256–3268.-项目管理咨询公司-公共医学
1. Polymeropoulos MH、Higgins JJ、Golbe LI、Johnson WG、Ide SE、Di Iorio G、Sanges G、Stenroos ES、Pho LT、Schaffer AA、Lazzarini AM、Nussbaum RL、Duvoisin RC。帕金森病基因到染色体4q21-q23的定位。科学。1996;274:1197–1199.-公共医学
1. Zarranz JJ、Alegre J、Gómez Esteban JC、Lezcano E、Ros R、Ampuero I、Vidal L、Hoenicka J、Rodriguez O、Atarés B、Llorens V、Gomez Tortosa E、del Ser T、Muñoz DG、de Yebenes JG。α-同核蛋白的新突变E46K导致帕金森和路易体痴呆。Ann Neurol公司。2004;55:164–173.-公共医学

出版物类型

行动
行动

MeSH术语

行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动

物质

行动

赠款和资金

LinkOut-更多资源

[1] Goedert M.Alpha-synuclein与神经退行性疾病。Nat Rev神经科学。2001;2:492–501.-公共医学

[2] Goedert M.Alpha-synuclein与神经退行性疾病。Nat Rev神经科学。2001;2:492–501.-公共医学

[3] Danzer KM、Haasen D、Karow AR、Moussaud S、Habeck M、Giese A、Kretzschmar H、Hengerer B、Kostka MJ。不同种类的α-突触核蛋白低聚物诱导钙内流和接种。神经科学杂志。2007;27:9220–9232.-项目管理咨询公司-公共医学

[4] Danzer KM、Haasen D、Karow AR、Moussaud S、Habeck M、Giese A、Kretzschmar H、Hengerer B、Kostka MJ。不同种类的α-突触核蛋白低聚物诱导钙内流和接种。神经科学杂志。2007;27:9220–9232.-项目管理咨询公司-公共医学

[5] Karpinar DP、Balija MB、Kügler S、Opazo F、Rezaei-Ghaleh N、Wender N、Kim HY、Taschenberger G、Falkenburger BH、Heise H、Kumar A、Riedel D、Fichtner L、Voigt A、Braus GH、Giller K、Becker S、Herzig A、Baldus M、Jäckle H、Eimer S、Schulz JB、Griesinger C、Zweckstetter M。在帕金森病模型中，β结构受损的纤颤前α-同核蛋白变体增加了神经毒性。EMBO J.2009；28:3256–3268.-项目管理咨询公司-公共医学

[6] Karpinar DP、Balija MB、Kügler S、Opazo F、Rezaei-Ghaleh N、Wender N、Kim HY、Taschenberger G、Falkenburger BH、Heise H、Kumar A、Riedel D、Fichtner L、Voigt A、Braus GH、Giller K、Becker S、Herzig A、Baldus M、Jäckle H、Eimer S、Schulz JB、Griesinger C、Zweckstetter M。在帕金森病模型中，β结构受损的纤颤前α-同核蛋白变体增加了神经毒性。EMBO J.2009；28:3256–3268.-项目管理咨询公司-公共医学

[7] Polymeropoulos MH、Higgins JJ、Golbe LI、Johnson WG、Ide SE、Di Iorio G、Sanges G、Stenroos ES、Pho LT、Schaffer AA、Lazzarini AM、Nussbaum RL、Duvoisin RC。帕金森病基因到染色体4q21-q23的定位。科学。1996;274:1197–1199.-公共医学

[8] Polymeropoulos MH、Higgins JJ、Golbe LI、Johnson WG、Ide SE、Di Iorio G、Sanges G、Stenroos ES、Pho LT、Schaffer AA、Lazzarini AM、Nussbaum RL、Duvoisin RC。帕金森病基因到染色体4q21-q23的定位。科学。1996;274:1197–1199.-公共医学

[9] Zarranz JJ、Alegre J、Gómez Esteban JC、Lezcano E、Ros R、Ampuero I、Vidal L、Hoenicka J、Rodriguez O、Atarés B、Llorens V、Gomez Tortosa E、del Ser T、Muñoz DG、de Yebenes JG。α-同核蛋白的新突变E46K导致帕金森和路易体痴呆。Ann Neurol公司。2004;55:164–173.-公共医学

[10] Zarranz JJ、Alegre J、Gómez Esteban JC、Lezcano E、Ros R、Ampuero I、Vidal L、Hoenicka J、Rodriguez O、Atarés B、Llorens V、Gomez Tortosa E、del Ser T、Muñoz DG、de Yebenes JG。α-同核蛋白的新突变E46K导致帕金森和路易体痴呆。Ann Neurol公司。2004;55:164–173.-公共医学

将引文保存到文件

电子邮件引文

添加到集合

添加到我的书目

您保存的搜索

为外部引文管理软件创建文件

您的RSS源

α-synuclein突变体齐聚和膜相互作用的分子决定因素

附属

α-synuclein突变体齐聚和膜相互作用的分子决定因素

作者

附属

摘要

利益冲突声明

数字

类似文章

引用人

工具书类

出版物类型

MeSH术语

物质

赠款和资金

LinkOut-更多资源

全文源

其他文献来源

分子生物学数据库

摘要

利益冲突声明

数字

类似文章

引用人

工具书类

出版物类型

MeSH术语

物质

相关信息

赠款和资金

LinkOut-更多资源

全文源

其他文献来源

分子生物学数据库