HSPB7 调控细丝蛋白 C 二聚化机制的重大发现：解锁心脏疾病治疗新靶点

在心脏生理和病理过程中，细丝蛋白 C（FLNC）与 HSPB7 的相互作用机制尚不明确。研究人员针对此开展 FLNC 与 HSPB7 相互作用的研究，发现二者在生物力学应激下相互作用，且 FLNC 的磷酸化可调节其与 HSPB7 的结合。这一成果为相关疾病研究提供了新方向。

　　心脏，这颗人体的 “生命引擎”，持续有规律地跳动，为全身输送着维持生命活动的血液。在这一过程中，心肌组织承受着复杂的生物力学应力，其内部的蛋白质发挥着关键作用。其中，细丝蛋白 C（Filamin C，FLNC）作为心肌细胞骨架中的重要一员，对维持心肌结构和功能的稳定意义非凡。它不仅参与细胞信号传导、迁移、分化等重要生理过程，还与多种心肌病和肌肉骨骼疾病紧密相关 。然而，FLNC 在分子层面的调控机制却如同迷雾，一直未被完全揭开。

与此同时，HSPB7 作为一种心脏特异性分子伴侣，在心脏发育和功能维持中也扮演着不可或缺的角色。缺乏 HSPB7 会导致胚胎致死，但其具体的作用机制以及与 FLNC 之间的关系，同样是科学界亟待解决的谜题。为了驱散这些迷雾，来自英国牛津大学、伯明翰大学等多个研究机构的研究人员携手合作，开展了一项深入的研究，相关成果发表在《Nature Communications》上。

在本次研究中，研究人员运用了多种先进的技术方法。免疫沉淀（IP）和蛋白质免疫印迹（Western blot）技术被用于检测蛋白质之间的相互作用和表达水平；免疫荧光染色技术则帮助观察蛋白质在组织中的定位和共定位情况；X 射线晶体学技术解析了蛋白质的三维结构，为理解其功能提供了关键线索；氢氘交换质谱（HDX-MS）技术用于研究蛋白质在溶液中的结构动态变化；分子动力学（MD）模拟从原子层面揭示了蛋白质相互作用的细节；系统发育分析和祖先序列重建则追溯了蛋白质相互作用的进化历程。

下面让我们深入了解一下具体的研究结果。

1. 生物力学应激促进 FLNC 和 HSPB7 相互作用：研究人员利用肌肉 LIM 蛋白（MLP）基因敲除小鼠、主动脉缩窄（TAC）手术小鼠和慢性异丙肾上腺素（IsoPE）处理小鼠这三种生物力学应激小鼠模型展开研究。通过 IP 实验发现，FLNC 和 HSPB7 在小鼠心脏中存在相互作用，并且在生物力学应激情况下，二者的表达水平显著上调。免疫荧光染色结果显示，它们主要在 Z 盘和闰盘处共定位，且在应激模型中，共定位程度相较于对照组明显增加。这表明在生物力学应激时，FLNC 和 HSPB7 会相互作用，并且在心肌组织的特定部位发挥作用。
2. HSPB7 的独特性质：研究人员对纯化的 HSPB7 及其截短体进行体外实验。天然质谱（MS）数据表明，HSPB7 主要以单体形式存在，这与其他人类小分子热休克蛋白（sHSPs）在微摩尔浓度下多为寡聚体的情况截然不同。在抑制蛋白质热聚集实验中，全长 HSPB7 虽能在较高比例下抑制柠檬酸合酶的聚集，但截短体 HSPB7ΔN 和 HSPB7ACD 却无此活性，说明 HSPB7 的 N 端区域编码了其仅有的典型分子伴侣活性。此外，通过实验发现，HSPB7 因 C 端区域无法与 α - 晶状体结构域（ACD）结合，导致其不能像其他 sHSPs 那样通过 “IXI 基序” 进行寡聚化，且其 β6 + 7 链较短，缺少关键的带电氨基酸，使得单体成为溶液中的主要形式。
3. HSPB7 与 FLNC d24 的强相互作用：研究人员表达并纯化了 FLNC 的结构域 24（FLNC_d24），它是 FLNC 的二聚化界面，也是与 HSPB7 的相互作用位点。天然 MS 测量显示 FLNC_d24为二聚体，当与 HSPB7、HSPB7ΔN 和 HSPB7ACD 分别以 1:1 比例孵育后，出现了明确归属于异二聚体的新电荷态系列。通过定量实验得到 FLNC_d24:HSPB7ΔN 异二聚体的解离常数（K_D）为 6.7 ± 1.4 nM，FLNC_d24:HSPB7_ACD异二聚体的 K_D为 3.9 ± 0.9 nM，均比 FLNC_d24同二聚体的 K_D（75.9 ± 8.4 nM）低很多，表明 FLNC 和 HSPB7 通过 FLNC_d24与 HSPB7 的 ACD 相互作用形成了强特异性异二聚体。
4. FLNC 结构域 24 的磷酸化调节二聚化：FLNC 上存在多个磷酸化位点，研究人员聚焦于与非基础条件相关的 T2677 和 Y2683 两个位点。通过表达并纯化 FLNC_d24的 T2677D 和 Y2683E 模拟磷酸化突变体进行体外实验。天然 MS 数据显示，T2677D 突变体的同二聚体丰度增加，Y2683E 突变体则减少，对应的 K_D值也发生显著变化，表明这两个位点的磷酸化对 FLNC 的同二聚化有不同的调节作用。在与 HSPB7_ACD的异二聚体实验中，Y2683E 突变体与 HSPB7_ACD的相互作用更强，T2677D 突变体则更不稳定。HDX-MS 数据进一步验证了这些结果，表明磷酸化可调节 FLNC 与 HSPB7 的相互作用。
5. FLNC:HSPB7 异二聚化的进化保守性：通过构建 HSPB7 的系统发育树，研究人员发现 HSPB7 在进化过程中高度保守，其防止二聚化的关键残基在不同物种中保持一致，暗示 HSPB7 在各物种中主要以单体形式存在。利用计算机模拟竞争结合实验，研究人员推断 FLNC 与 HSPB7 的异二聚化在进化上可追溯到脊索动物的原始心脏时期，且相关调控位点在不同物种的 FLNC_d24序列中也高度保守，表明这种相互作用及其调控机制在进化上由来已久。

综上所述，该研究揭示了 FLNC 和 HSPB7 在小鼠心脏组织中的相互作用机制。HSPB7 可调节 FLNC 的二聚化，进而影响其扩散迁移能力，而 FLNC 的磷酸化则与 HSPB7 协同调节这一过程。这一研究成果为深入理解心肌细胞在生物力学应激下的分子调控机制提供了新视角，为相关心脏疾病和肌肉疾病的研究开辟了新方向，也为开发潜在的治疗策略奠定了理论基础。同时，研究中发现的 HSPB7 与 FLNC 之间独特的相互作用方式，丰富了人们对分子伴侣功能特异性的认识，为未来探索其他类似的特异性相互作用提供了参考范例。