RNA调控α-突触核蛋白纤维超分子结构的红外光谱学研究及其在神经退行性疾病中的意义

本研究针对α-突触核蛋白(aS)在RNA存在下的聚集机制，通过多尺度红外光谱技术（微米级FTIR与纳米级AFM-IR/s-SNOM）揭示了RNA通过增强β-片层氢键网络稳定交叉β结构，显著降低纤维多态性。该发现为理解帕金森病中RNA-淀粉样蛋白互作提供了分子层面证据，并为开发RNA靶向治疗策略奠定基础。

　　

在神经退行性疾病研究领域，α-突触核蛋白(aS)的异常聚集一直是科学界关注的焦点。这种 intrinsically disordered protein (IDP，内在无序蛋白) 在帕金森病患者脑中形成特征性的淀粉样纤维，但其聚集过程受到多种分子伴侣的调控。近年研究发现，核酸分子可能通过未知机制加速这一病理过程，然而RNA如何影响aS纤维的超分子结构仍是一个未解之谜。更复杂的是，C端截短变体aS₁₀₃展现出更强的聚集倾向和临床相关性，但其与RNA的相互作用模式与传统aS_WT是否存在差异尚不清楚。

意大利技术研究院等机构的研究团队在《Biophysical Journal》发表了一项突破性研究。他们创新性地整合了傅里叶变换红外显微光谱(micro-FTIR)、原子力显微镜-红外联用技术(AFM-IR)和散射式近场光学显微镜(s-SNOM)，首次在纳米尺度解析了RNA对aS纤维结构的调控机制。研究证实RNA通过强化分子间氢键(H-bond)网络使纤维结构更致密，并显著降低多态性，这一发现为理解神经退行性疾病中核酸-蛋白互作提供了新视角。

关键技术包括：1）多尺度红外光谱（覆盖微米至纳米分辨率）；2）种子扩增技术制备低多态性样本；3）二阶导数分析定量β-片层振动频率(ω_β)；4）主成分分析(PCA)解析结构异质性；5）原子力显微镜(AFM)表征纤维形态学参数（如持久长度）。所有实验使用来自大肠杆菌表达系统纯化的aS蛋白和酵母总RNA。

【RNA对纤维形态的影响】
通过AFM拓扑分析发现，aS_WT+RNA纤维平均高度(4.4±1.3 nm)显著低于对照组(6.1±2.9 nm)，且呈现更小的曲率半径（持久长度2.0 vs 1.4 μm）。这表明RNA诱导形成更纤细、更刚性的纤维结构。

【超分子结构特征】
微FTIR二阶导数谱显示，aS_WT+RNA样本的交叉β峰(ω_β)向低频偏移（1626.5→1620 cm^-1），并伴随1620 cm^-1处新峰出现，提示β-片层间氢键增强。PCA分析证实RNA使ω_β分布变窄，降低结构异质性。

【纳米尺度验证】
s-SNOM在单个纤维聚集体上重现了ω_β偏移现象，AFM-IR进一步揭示：对高度有序的纤维，RNA使ω_β降低3-5 cm^-1且峰宽变窄；而对无定形聚集体影响微弱，证实结构效应与纤维有序度正相关。

【C端截短变体的特殊性】
尽管aS₁₀₃本身呈现高度多态性（含纤维束和无定形聚集体），AFM-IR仍检测到RNA对成熟纤维的ω_β调控，但效应弱于aS_WT。这暗示不同aS亚型可能存在差异化的RNA结合模式。

该研究建立了"RNA增强β-片层氢键网络"的分子模型：RNA通过稳定交叉β结构中相邻肽链的C=O···H-N氢键（键长缩短），使纤维获得更高机械强度和更低多态性。这一发现具有双重意义：在基础研究层面，揭示了核酸作为"分子伴侣"调控蛋白聚集的新机制；在应用层面，为开发基于RNA的诊疗策略（如利用RNA寡核苷酸定向调控纤维形态）提供了理论依据。尤其值得注意的是，RNA对纤维结构的调控程度与其有序性相关，这为理解帕金森病患者中观察到的纤维多态性差异提供了实验依据。未来研究可进一步探索特定RNA序列与不同aS亚型的特异性互作，为精准医疗开辟新途径。