不同结构甾醇差异调控Dishevelled蛋白定位与功能的分子机制及其在胆固醇代谢紊乱疾病中的意义

本研究针对Dishevelled(DVL)蛋白家族如何响应不同结构甾醇调控Wnt信号通路的科学问题，通过分子对接、膜模拟系统结合蛋白质互作组学技术，首次揭示7-脱氢胆固醇(7DHC)等病理甾醇通过改变DVL2-PDZ结构域结合特性，诱导其核转位并破坏信号复合体形成的分子机制。该成果为胆固醇合成障碍疾病如Smith-Lemli-Opitz综合征(SLOS)的发病机制提供了新见解，发表于《iScience》。

　　

在细胞信号传导领域，Dishevelled(DVL)蛋白作为Wnt信号通路的核心调控因子，其膜定位与功能发挥高度依赖胆固醇。然而，当胆固醇代谢异常时，如Smith-Lemli-Opitz综合征(SLOS)患者体内积累的7-脱氢胆固醇(7DHC)等异常甾醇如何影响DVL功能，始终是未解之谜。Sanford Health的研究团队通过多学科交叉方法，首次系统揭示了甾醇分子结构差异对DVL功能的特异性调控机制。

研究采用分子对接模拟、表面等离子共振(SPR)技术分析结合动力学，结合TurboID邻近标记技术绘制蛋白质互作图谱。利用SLOS患者来源iPSC分化的神经干细胞和Dhcr7^△3-5/T93M小鼠模型，验证了病理条件下的生物学效应。

分子建模揭示甾醇结合特异性
通过模拟DVL2-PDZ结构域与不同甾醇的相互作用，发现胆固醇的α/β面构象差异决定结合取向，而7DHC因C7-C8双键导致的刚性结构使其结合亲和力降低50%（KD值从20 nM升至650 nM）。关键残基F277/M300突变实验证实，甾醇通过不对称疏水作用实现膜锚定。

膜结合动力学研究
SPR分析显示，磷脂酰肌醇(4,5)二磷酸(PIP₂)与胆固醇协同增强DVL2-PDZ结合（最大响应值提高3倍）。全长的DVL2-FL因DIX域寡聚化作用，在胆固醇存在时膜结合效率提升2倍，但在7DHC环境中该优势消失。

核转位机制解析
胆固醇合成抑制剂AY9944处理使HEK293T细胞核内DVL2增加4倍。Co-IP实验证实FoxK2介导该过程，PDZ抑制剂NSC668036可阻断核转位。值得注意的是，急性胆固醇清除（MβCD处理）不影响定位，提示核转位是长期甾紊乱的适应性反应。

互作网络重构
TurboID筛选发现240个DVL2互作蛋白在低胆固醇条件下丢失，包括内吞作用和基底体锚定相关蛋白。而保留的互作如Tp53网络呈现简化趋势，β-catenin核内结合增强但Axin2互作减弱，表明甾醇改变可重塑信号通路架构。

疾病模型验证
SLOS患者iPSC分化的神经干细胞中，核DVL2增加2.5倍，胆固醇补充可逆转此现象。Dhcr7^△3-5/T93M小鼠大脑皮层同样显示核DVL2累积，证实该机制在体存在。

该研究建立了"甾醇结构-膜定位-信号转导-疾病表型"的完整调控链条，不仅解释了SLOS等疾病的分子基础，更揭示了甾醇代谢紊乱通过破坏DVL相分离影响多信号通路的普适机制。由于DVL在肿瘤发生中的作用，该发现为靶向甾醇-DVL互作的抗癌策略提供了新思路。研究还提示，不同胆固醇合成障碍疾病的表型差异可能源于特定中间甾醇对DVL等信号蛋白的特异性干扰，这一发现将推动个性化治疗的发展。