《Communications Biology》：Structural and functional insights into the nuclear role of Parkinson’s disease-associated α-synuclein as a histone chaperone
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帕金森病相關的 α- 突觸核蛋白（αSyn）在 “突觸核蛋白病” 發病機制中作用關鍵，但其核內生理功能不明。研究人員探究 αSyn 與組蛋白相互作用及在染色質調控中的作用，發現它能特異性結合 H2a-H2b 和 (H3-H4)2 ，具有組蛋白伴侶功能，為相關疾病研究提供新方向。
在神秘的大腦世界里，帕金森�。≒D）等神經退行性疾病一直是困擾科學界的難題。α- 突觸核蛋白（αSyn）作為與這些疾病緊密相關的關鍵蛋白，一直備受關注。多年來，雖然科學家們發現 αSyn 在 “突觸核蛋白病”（包括帕金森病、路易體癡呆和多系統萎縮等）的發病過程中起著重要作用，但它的精確生理功能卻如同迷霧一般，讓人難以捉摸。尤其在細胞核中，αSyn 的功能更是充滿了未知。以往的研究僅僅探索了它與個別組蛋白和雙鏈 DNA（dsDNA）的相互作用，然而對于它如何與組裝好的組蛋白 H2a-H2b 二聚體、(H3-H4)
2 四聚體相互作用，以及在染色質調控中扮演何種角色，幾乎一無所知。而這些問題的答案，對于深入理解神經退行性疾病的發病機制至關重要，就像是解開謎題的關鍵鑰匙，于是，這項研究應運而生。
來自印度國家精神衛生和神經科學研究所（National Institute of Mental Health and Neurosciences）等機構的研究人員勇敢地踏上了探索之旅。他們開展了一系列深入的研究，最終取得了令人矚目的成果。研究發現，αSyn 能夠特異性地與 H2a-H2b 二聚體和 (H3-H4)2 四聚體緊密結合，并且親和力極高。同時，他們還確定了 αSyn 與這些組蛋白結合的關鍵區域，以及其作為組蛋白伴侶的重要功能。這一發現意義重大，為揭示帕金森病等神經退行性疾病的發病機制提供了全新的視角，也為未來開發針對性的治療策略奠定了堅實的基礎。該研究成果發表在《Communications Biology》雜志上。
為了開展這項研究，研究人員運用了多種關鍵技術方法。在蛋白質研究方面，他們通過重組表達和純化技術獲得所需的蛋白質，如人類 αSyn 和各種組蛋白。利用尺寸排阻色譜（SEC）、微尺度熱泳（MST）和等溫滴定量熱法（ITC）等技術，精確分析蛋白質之間的結合情況。此外，還運用了交聯實驗、核磁共振光譜（NMR）和 X 射線晶體學等方法，深入探究蛋白質的結構和相互作用機制。在細胞實驗方面，對 SH-SY5Y 細胞進行處理和檢測，觀察 αSyn 與組蛋白的共定位情況 。
下面來詳細看看研究結果：
- αSyn 與組蛋白形成復合物：研究人員首先重組表達并純化了相關蛋白，通過尺寸排阻色譜（SEC）分析發現，αSyn (FL) 能與 H2a-H2b 二聚體和 (H3-H4)2 四聚體形成三元復合物，且在細胞實驗中，αSyn 與組蛋白 H2b 和 H3 共定位，這表明它可能與組裝好的組蛋白在細胞系統中相互作用，參與染色質調控。
- αSyn 具有不同的結合位點：運用微尺度熱泳（MST）和等溫滴定量熱法（ITC）技術，研究人員測定了 αSyn (FL) 及截斷體與 H2a-H2b 二聚體、(H3-H4)2 四聚體的結合親和力（Kd） 。結果顯示，αSyn (1-103) 區域與 (H3-H4)2 四聚體結合，而酸性 C 末端區域（121 - 140）對與 H2a-H2b 二聚體的相互作用至關重要，這揭示了 αSyn 有兩個不同的組蛋白結合位點。
- αSyn 特定區域與 H2a-H2b 二聚體相互作用：通過交聯實驗、NMR 化學位移擾動映射等研究發現，αSyn (121 - 140) 區域含有 DEF/YxP 基序，與 H2a-H2b 二聚體的球狀結構域特異性結合，且該區域在不同物種中高度保守。
- αSyn 與 H2a-H2b 二聚體的結構解析：研究人員成功解析了 αSyn (121 - 140) 與 H2a-H2b 二聚體的晶體結構，分辨率達到 1.72 ?。結構顯示 αSyn 有兩種結合模式（BM-1 和 BM-2），其 DEF/YxP 基序與 H2a-H2b 二聚體的 L2-L1 區域廣泛相互作用，并且與其他二聚體特異性組蛋白伴侶的識別位點重疊。
- αSyn 與 H2a-H2b 二聚體的功能驗證：通過體外實驗，研究人員發現 αSyn (FL) 能夠抑制 H2a-H2b 二聚體與 DNA 的非特異性結合，展現出組蛋白伴侶的活性。但 αSyn 與核小體核心顆粒（NCP）沒有結合，說明其結合位點在 NCP 中可能不可接近。
在研究結論與討論部分，研究人員明確了 αSyn 作為組蛋白伴侶在細胞核中的重要生理作用。然而，關于它在細胞中的具體角色，比如是作為組蛋白穿梭體、沉積體，還是在組蛋白變體交換或核小體動力學調節中發揮作用，仍然有待進一步研究。同時，研究人員提出了一個模型，認為在病理條件下，αSyn 在細胞核中的過度積累可能會耗盡轉錄過程中可用的組蛋白池，進而導致異常剪接，影響神經元的正常功能。此外，DNA 損傷、αSyn 的磷酸化修飾等因素也可能通過影響 αSyn 與組蛋白的相互作用，對染色質結構和功能產生影響。這項研究為深入理解 αSyn 在神經退行性疾病中的作用提供了關鍵線索，為后續研究指明了方向，有望推動相關疾病治療方法的開發，在生命科學和醫學領域具有重要的意義。
