FOXO4-DBD与p53-TAD结构可塑性互作机制解析：衰老相关疾病治疗新靶点

本研究针对FOXO4与p53转录因子在衰老调控中的关键作用，通过核磁共振（NMR）和分子模拟技术揭示了FOXO4 DNA结合域（DBD）与p53转录激活域（TAD）的异质性互作模式。研究发现p53-TAD通过多结合位点与FOXO4-DBD的N端螺旋束动态结合，且磷酸化修饰可增强其亲和力。该成果发表于《Nature Communications》，为开发靶向衰老细胞的溶衰老（senolytic）药物提供了结构基础。

　　

细胞衰老是机体衰老和癌症等疾病的重要驱动因素，其中转录因子FOXO4和p53的相互作用通过调控p21表达促进衰老细胞存活。然而，FOXO4的叉头DNA结合域（Forkhead DBD）与p53转录激活域（TAD）的互作机制长期不明，这阻碍了靶向干预策略的开发。捷克科学院生理研究所的Klara Kohoutova等团队在《Nature Communications》发表研究，首次解析了这一动态复合物的结构特征。

研究采用核磁共振（NMR）弛豫测量、顺磁弛豫增强（PRE）和HADDOCK分子对接技术，结合荧光各向异性（FA）结合实验。通过构建FOXO4-DBD（残基86-211）和p53-TAD（残基1-93）的15N标记蛋白及单半胱氨酸突变体，获取距离约束参数用于建模。

FOXO-DBDs与p53-TAD的差异结合特性
化学位移扰动（CSP）分析显示，FOXO家族成员（FOXO1/3/4）的DBD均通过N端螺旋束（如FOXO4的N99/W101）结合p53-TAD的TAD2区域（M40-W53），但亲和力差异显著（FOXO3-DBD K_D=1.2μM，FOXO4-DBD K_D=42μM）。

复合物中p53-TAD的构象变化
PRE-NMR实验表明，p53-TAD结合后形成更紧凑的构象，但其TAD1（F19-L26）和TAD2（I50-F54）仍保持高度柔性。弛豫测量（R₂/R₁）证实FOXO4-DBD核心区（100-185）刚性增强，而p53-TAD仅部分区域动态性降低。

多模式结合的分子机制
基于617个PRE距离约束的HADDOCK模型显示，p53-TAD以可变构象结合FOXO4-DBD的N端片段（86-106）和H3/H4螺旋界面。关键疏水残基（如p53的W53/F54）突变会削弱结合，而磷酸化模拟突变（S46E/T55E）则增强亲和力达3倍，提示翻译后修饰的调控作用。

DNA结合的竞争效应
FOXO4-DBD的p53和DNA结合表面存在重叠，DBE基序（5'-GACTATGTAAACAACGC-3'）可竞争性解离p53-TAD，解释了FOXO4抑制p53-DNA结合的分子基础。

该研究揭示了FOXO4:p53互作的高度动态性，为设计靶向N端螺旋束的小分子或肽类senolytic药物提供了精确蓝图。这种策略有望选择性清除衰老细胞，改善组织稳态。此外，磷酸化对结合亲和力的调控提示应激条件下该通路的可塑性，为衰老相关疾病的干预开辟了新途径。