表沒食子兒茶素沒食子酸酯通過結合TDP-43的RNA識別基序抑制其聚集:為ALS治療提供新策略

《Scientific Reports》:Epigallocatechin-3-gallate binds tandem RNA recognition motifs of TDP-43 and inhibits its aggregation

【字體: 時間:2025年05月24日 來源:Scientific Reports 3.8

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  本研究針對肌萎縮側索硬化癥(ALS)中TDP-43蛋白異常聚集的病理機制,通過多學科技術揭示了綠茶多酚EGCG通過特異性結合TDP-43的RNA識別基序(RRM1/RRM2),延緩其成核期聚集并形成非毒性寡聚體的分子機制。研究結合ThT熒光檢測、NMR譜學和計算建模,首次闡明EGCG與RRM域的相互作用模式,為開發靶向TDP-43蛋白病的神經保護劑奠定理論基礎。

  

研究背景與科學問題
肌萎縮側索硬化癥(ALS)和額顳葉癡呆(FTD)等神經退行性疾病的共同病理特征是TDP-43蛋白的細胞質異常聚集。作為核酸結合蛋白,TDP-43通過其N端結構域、兩個RNA識別基序(RRM1/RRM2)和C端低復雜度區域參與RNA代謝。超過97%的ALS患者中,TDP-43會錯誤定位到細胞質并形成毒性聚集體,而RRM結構域已被證實含有淀粉樣形成關鍵序列。盡管研究表明綠茶多酚EGCG可抑制多種致病蛋白(如α-突觸核蛋白、亨廷頓蛋白)的聚集,但其對TDP-43 RRM結構域的作用機制尚不明確。

研究設計與技術方法
意大利Fondazione Ri.MED等機構的研究團隊通過重組表達含RRM1-RRM2的TDP-43片段(K102-Q269),采用硫黃素T(ThT)熒光動力學監測EGCG對聚集動力學的影響,結合飽和轉移差(STD)和轉移核歐佛豪瑟效應(trNOE)核磁共振技術驗證相互作用。利用RoseTTAFold預測RNA-free的RRMs三維結構,通過化學位移擾動(CSP)和HADDOCK分子對接定位結合位點,最后經100 ns分子動力學(MD)模擬評估復合物穩定性。

關鍵研究發現

  1. EGCG抑制TDP-43 RRMs體外聚集
    ThT實驗顯示,30 μM EGCG可使聚集成核期從10小時顯著延長,且終點熒光強度降低60%。顯微鏡觀察證實EGCG處理組淀粉樣聚集體數量減少,表明其通過干擾早期寡聚化抑制纖維形成。

  2. EGCG與RRMs的直接相互作用
    STD-NMR檢測到EGCG芳香環質子信號,trNOE譜顯示結合態特征峰,證實兩者存在弱結合(Kd~μM級)。

  3. RNA-free RRMs的結構特征
    RoseTTAFold模型顯示,無RNA時RRM1-RRM2呈開放構象,14氨基酸連接區具有高柔性。溫度系數分析(dδHN/dT < -5 ppb/K)驗證該模型與溶液狀態一致。

  4. 結合位點與作用機制
    CSP分析鑒定出RRM1(L111/D174/D185)和RRM2(D247/K263)關鍵結合殘基。MD模擬揭示EGCG通過氫鍵(RRM1占據率78.59%)和π-π堆積(F147/F231)雙重作用穩定RRMs,其中RRM1結合更穩固。

科學意義與展望
該研究首次闡明EGCG通過"雙位點結合"模式(1:2化學計量)調控TDP-43 RRMs的構象動力學,提出"結構域特異性穩定"的新干預策略。值得注意的是,EGCG在還原劑(DTT)存在下才能維持活性,這解釋了既往研究中化合物不穩定的矛盾結果。盡管EGCG對RRMs的親和力較弱(毫摩爾級),但其多靶點特性(可同時作用于無序C端和結構化RRMs)為開發ALS/FTD的雞尾酒療法提供思路。未來需優化EGCG衍生物以提高血腦屏障穿透性和靶向性,并探索其與RNA競爭的生理相關性。

這項發表于《Scientific Reports》的工作將計算生物學(RoseTTAFold)、生物物理(NMR)和細胞病理學技術有機整合,為理解TDP-43相分離與聚集的分子開關提供了關鍵實驗證據,也為天然產物在神經保護中的應用樹立了機制研究的范式。

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