Science | 脑畸形可能是“伴侣病”：TRiC伴侣蛋白功能受损可致脑畸形和癫痫

学术 2024-12-12 14:30 四川

撰文 | Qi

脑畸形很常见，但严重程度各不相同，细胞增殖和凋亡异常会影响大脑结构的大小，神经元迁移受损会导致细胞位置异常，尽管尚未完全了解脑畸形的决定因素，但微管、离子通道、转运蛋白和哺乳动物雷帕霉素靶点（mTOR）信号蛋白的缺陷等都被证明与之有关【1】。分子伴侣是支持蛋白质正确折叠并维持蛋白稳态的关键因素，真核生物伴侣蛋白TRiC负责整个细胞蛋白质组约5%至10%的共翻译和翻译后折叠，由两个相同的堆叠环组成，每个环含有由 CCT1–CCT8编码的八种不同蛋白质组成，未折叠的多肽底物（如肌动蛋白、微管蛋白和细胞周期蛋白等）进入复合物的中央腔，并在ATP驱动的反应中结合并折叠。然而，TRiC是否以及如何参与大脑畸形形成仍然未知。

近日，来自德国亚琛工业大学的Ingo Kurth团队在Science杂志上发表了一篇题为Brain malformations and seizures by impaired chaperonin function of TRiC的文章，他们发现患有脑畸形、智力障碍和癫痫发作的个体TRiC8个亚基中的7个存在致病性变异，所有这些变体都通过不同机制损害TRiC的组装或功能，强调了蛋白质折叠在中枢神经系统发育和相关疾病致病过程中的重要性。

该团队通过对一名患有严重发育障碍、共济失调和小脑畸形的个体进行磁共振成像、肌肉活检和转录组分析，检测到白质髓鞘形成不足，CCT3从头移码缺失突变等蛋白质稳态改变迹象。为探究CCT3突变是否足以破坏TRiC功能，他们将CCT3变体引入酵母菌、秀丽隐杆线虫和斑马鱼中，可观察到细胞中肌动蛋白组装缺陷、线虫运动能力受损以及斑马鱼小脑颗粒层几乎完全丧失、神经细胞中肌动蛋白紊乱和局灶性累积等，提示CCT3在不同物种中具有保守的作用。为确认TRiC其他亚基的突变是否会导致类似的临床表型，该团队对其他患有智力障碍、癫痫症和多小脑回畸形的个体样本进行测序，发现与疾病相关的致病基因分布在8个亚基中的7个。

随后，该团队在体外培养分别携带4种不同TRiC亚基变异的患者来源的成纤维细胞，不同亚基的移码变体均降低了细胞中相关亚基的蛋白质表达，但其中CCT5的错义突变未影响蛋白表达，推测可能是直接影响TRiC功能。ATP-AlFx测定【2, 3】显示所有突变TRiC复合物都可达到ATP诱导的闭合状态，蛋白组学分析显示溶酶体、泛素化途径和线粒体生物发生相关基因下调，但免疫荧光分析并未显示微管蛋白或肌动蛋白的整体改变。此外，他们还观察到细胞中蛋白酶体和应激诱导的伴侣蛋白表达较高，这可能补偿了由于TRiC损伤而增加的错误折叠蛋白负载，从而减轻了由于TRiC表达或功能较低而引起的一些细胞缺陷。

综上，该团队证明TRiC伴侣蛋白的几乎每个亚基中的致病突变都会导致与癫痫、共济失调、智力障碍和其他脑功能发育受损相关的临床表型。但为何这种无处不在且活跃的复合物功能受损却主要引发神经发育表型？一种可能的解释是胚胎发育过程中每小时会产生数百万个神经元，对细胞骨架重塑和蛋白折叠的需求在各个组织器官中最高。总之，这项工作在TRiC和大脑发育之间建立了直接联系并提出将TRiC相关脑部疾病定义为“TRiCopathies”。

针对这项研究，来自美国威尔康奈尔医学院的Manu Sharma在同期杂志上发表了一篇观点文章Some brain disorders are ‘chaperonopathies’ ，Manu Sharma指出未来可在哺乳动物模型中对野生型和突变型TRiC进行研究，并增大样本量以了解更多的致病突变，这些举措将有助于开发恢复TRiC功能的治疗策略以及产前诊断，但对于大多数出生时就存在大脑结构异常和神经发育障碍的个体，治疗能否改善病理学仍有待观察。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adp8721

制版人：十一

参考文献

1. S. K. Akula et al., JAMA Neurol. 80, 980–988 (2023).

2. D. Gestaut et al., Cell 185, 4770–4787.e20 (2022).

3. A. S. Meyer et al., Cell 113, 369–381 (2003).

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