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亨廷顿病（HD）中 FAN1 R507H 突变与早发性运动功能障碍相关，机制不明。研究人员解析 PCNA-FAN1-DNA 复合物冷冻电镜结构，发现 R507H 破坏 FAN1 与 PCNA 的盐桥作用，削弱复合物稳定性，为 HD 进展机制提供新解释。
亨廷顿病（Huntington’s disease, HD）是一种由 huntingtin 基因（HTT）中 CAG 三核苷酸重复序列扩增导致的神经退行性疾病，患者体细胞中 HTT-CAG 重复序列的进一步扩增是疾病进展的必要条件。CAG 重复长度与运动功能障碍的发病年龄相关，携带更长 CAG 重复序列的个体更易在年轻时发病。全基因组关联研究发现，包括 FAN1 在内的多个参与 DNA 错配修复（MMR）的基因与 HD 发病年龄相关，其中 FAN1 R507H 编码变异与运动功能障碍的早发显著相关，但潜在机制尚不明确。
为探究 FAN1 R507H 突变加速 HD 进展的机制，Proteros biostructures GmbH 和 CHDI Management, Inc 的研究人员开展了一系列研究。他们通过解析 PCNA-FAN1-DNA 复合物的冷冻电镜结构，结合生物物理相互作用研究和核酸酶活性测定，揭示了 FAN1 与 PCNA 的相互作用机制及 R507H 突变的影响，相关研究发表在《Nature Communications》。
研究中用到的主要关键技术方法包括：冷冻电镜（cryo-EM），用于解析 FAN1 野生型及 R507H 突变体与 PCNA、DNA 形成的复合物结构；表面等离子体共振（SPR）和微尺度热泳（MST），用于研究蛋白质与 DNA 及蛋白质间的相互作用和亲和力；核酸酶活性测定，评估 PCNA 对 FAN1 活性的调节作用。
结果
FAN1 通过 R507 与 PCNA、DNA 形成三元复合物
冷冻电镜结构显示，野生型 FAN1 与 PCNA、5′ flap 双链 DNA 形成三元复合物时，FAN1 的 R507 与 PCNA 的 D232 直接相互作用，形成盐桥稳定复合物界面。而在 FAN1 R507H 突变体与 PCNA、DNA 的复合物中，H507 与 D232 的距离增加，盐桥作用被破坏，同时 PCNA 发生构象改变。这表明 R507H 突变削弱了 FAN1 与 PCNA 的相互作用。
FAN1-PCNA 相互作用依赖 DNA 底物且影响复合物稳定性
生物物理实验表明，PCNA 与 FAN1 结合 DNA 后的亲和力显著提高，FAN1 R507H 或 PCNA D232A 突变会降低这种亲和力，且复合物的稳定性与 DNA 底物相关。对于含（CAG）2 额外螺旋 extrusion 的 DNA 底物，三元复合物的解离速率最慢，稳定性最高。
PCNA 调节 FAN1 活性依赖复合物形成
核酸酶活性测定显示，PCNA 对 FAN1 活性的调节取决于复合物的形成。在含（CAG）2-4 额外螺旋 extrusion 的 DNA 底物上，PCNA 可激活野生型 FAN1 的核酸酶活性，而 FAN1 R507H 或 PCNA D232A 突变会削弱这种激活作用，表明 FAN1-PCNA 相互作用界面是 PCNA 激活 FAN1 的关键。
结论与讨论
本研究揭示了 FAN1 R507H 突变加速 HD 进展的机制：R507H 突变破坏了 FAN1 与 PCNA 之间的盐桥作用，削弱了三元复合物的稳定性，导致 FAN1 对含 CAG 重复序列的 DNA 修复能力下降，进而促进 CAG 重复序列的扩增。这一发现为 HD 的发病机制提供了新的见解，提示 FAN1-PCNA 相互作用界面可能成为潜在的治疗靶点。未来可通过开发变构激活剂增强 FAN1 与 PCNA 的相互作用，为 HD 治疗提供新策略。研究结果也为理解其他三核苷酸重复扩增疾病的机制提供了参考。
