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    腦智卓越中心等在原發性家族性腦鈣化研究中取得進展

      617日,Neuroscience Bulletin在線發表了題為Mechanisms of PiT2-loop7 Missense Mutations Induced Pi Dyshomeostasis的研究論文。該研究由中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心(神經科學研究所)、神經科學國家重點實驗室劉靜宇研究組、竺淑佳研究組和華中科技大學合作完成。研究結果顯示,PiT2-loop7結構域錯義突變通過影響PiT2磷酸化而阻礙其向細胞表面轉運,引起細胞磷穩態失衡,從而導致原發性家族性腦鈣化(primary familial brain calcification,PFBC),揭示了PiT2-loop7結構域磷酸化修飾對PiT2生理功能的重要影響。 

      PFBC是一種以基底神經節和/或其它腦區對稱性鈣化為主要特征的具有高度遺傳和臨床異質性的神經退行性疾病,患者臨床癥狀主要包括運動障礙、認知障礙、神經精神障礙以及頭痛等,目前沒有有效治療方法。SLC20A2PFBC最主要的致病基因,該基因編碼的PiT2蛋白能夠依賴鈉離子(Na的濃度梯度將細胞外的無機磷(Pi)轉運至細胞內,維持細胞Pi穩態。該基因突變導致腦內Pi穩態失衡是PFBC的致病基礎。 

      PiT2652個氨基酸組成,包含兩個分別位于其N端和C端的PD結構域以及一個位于兩者之間由248個氨基酸組成的胞內親水結構域(PiT2-loop7)。研究表明,PD結構域在Pi轉運過程中發揮重要作用,而PiT2-loop7結構域功能知之甚少。目前已發現147SLC20A2致病突變大部分分布在PD結構域;部分突變發生在PiT2-loop7結構域,并且大多是移碼或無義突變,引起CPD結構域喪失。上述與PD結構域相關的突變引起PiT2蛋白Pi轉運活性下降,導致細胞外Pi積累而引發PFBC;曾有研究顯示,PiT2-loop7結構域刪除不影響PiT2蛋白Pi轉運功能,發生在PiT2-loop7結構域的錯義突變(p.S283R、p.R382Q、p.T390A、p.H399Pp.S434W)如何導致PFBC發生? 

      為探究PiT2-loop7結構域錯義突變導致PFBC發生的分子機制,科研人員以該結構域錯義突變p.T390Ap.S434W為主要研究對象, 同時以PD結構域錯義突變p.S121Cp.S601W為對照,通過放射性Pi吸收和電生理實驗證實,PiT2-loop7結構域錯義突變與PD結構域錯義突變類似,均可影響PiT2蛋白Pi轉運;進一步親和力檢測發現,PiT2-loop7結構域p.T390Ap.S434W突變不影響PiT2與底物PiNa的結合,而PD結構域p.S121Cp.S601W突變影響PiT2與底物Pi而非Na的結合。結合生物信息學分析、免疫印跡和免疫熒光實驗發現,PiT2-loop7結構域p.T390Ap.S434W突變分別影響AMPKAKT介導的PiT2磷酸化,進而影響PiT2在細胞膜上的定位。在PFBC患者中發生在PiT2-loop7結構域其它錯義突變(p.S283R、p.R382Qp.H399P)也是通過影響PiT2磷酸化和細胞膜定位而降低PiT2轉運活性引發PFBC。 

      該研究證實PiT2-loop7結構域錯義突變影響磷酸化調節的PiT2細胞膜定位而降低細胞Pi轉運活性;而PD結構域錯義突變干擾PiT2與底物Pi的結合,使細胞Pi轉運活性受損(圖1)。該研究加深了對PFBC致病機制的理解,并為相關治療藥物的研發提供了理論基礎。  

      研究工作得到國家自然科學基金委員會、科技部、上海市的資助。 

      論文鏈接

      PiT2不同結構域突變導致細胞Pi穩態失衡的預測模型。(A)在生理條件下,Pi轉運過程中活化的AMPKAKT介導PiT2磷酸化,進而促進其在細胞膜上的定位并發揮其Pi轉運功能;(B,C)在病理條件下,PiT2-loop7結構域錯義突變p.T390Ap.S434W可以通過影響AMPKAKT介導的PiT2磷酸化,降低PiT2的上膜,進而導致Pi穩態失衡(B),而PD結構域錯義突變p.S121Cp.S601W可以通過影響PiT2與底物Pi的結合,進而導致Pi穩態失衡(C


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