人源CPEB3朊病毒淀粉样核心的结构解析揭示其功能调控机制与细胞毒性关联

这篇研究通过冷冻电镜(cryo-EM)首次解析了人源CPEB3朊病毒样结构域(hCPEB31-217 )形成的淀粉样纤维核心(hCPEB3AC )的3.0 ?结构，发现其含49个残基(L103-F151)的蛇形折叠核心具有pH敏感性。该核心通过调控CPEB3在p-body与应激颗粒(SG)间的定位影响靶mRNA翻译，其缺失(ΔAC)导致神经元翻译激活功能丧失。过表达野生型CPEB3引发多膜细胞器形成并伴随细胞毒性，揭示了淀粉样组装在记忆巩固中的双刃剑作用。

　　

结构解析揭示CPEB3朊病毒样结构域的调控机制

Structural insights into functional regulation of the human CPEB3 prion by an amyloid-forming segment

CPEB3淀粉样核心的结构特征
研究团队通过冷冻电镜(cryo-EM)解析了人源CPEB3第一个朊病毒样结构域(PRD1, hCPEB3_1-217
)形成的淀粉样纤维结构。这些在pH 4.5条件下组装的纤维具有536 ?的螺旋周期和-3.32°的左手扭曲。其有序核心(hCPEB3_AC
)包含L103-F151共49个残基，形成7条β链和5个锐角转折的蛇形折叠。该核心具有两个疏水口袋和三个溶剂通道，其中E120和D121等带电残基的埋藏使其具有pH敏感性。分子动力学模拟显示，当pH从3升至7时，这些残基的位移会导致纤维层间距离紊乱。

与致病性淀粉样蛋白相比，hCPEB3_AC
每层的自由能计算值更低，更接近可逆性功能淀粉样的能量特征。这种不稳定性可能源于其14.5 ?的层间高度差和28个脯氨酸中有24个位于未解析的"模糊外衣"区域。原子力显微镜(AFM)证实其螺旋交叉距离为268 ?，而硫黄素T(ThT)结合实验显示纤维在低离子强度或高pH条件下易解聚。

核心序列的生物学功能
通过构建E120/D121双突变体(突变为QN或AA)，研究发现这些电荷突变会显著改变CPEB3-GFP在HT22海马神经元中的聚集形态。野生型形成细小颗粒状 puncta，而突变体则产生不规则大 puncta。更重要的是，删除AC序列(CPEB3^ΔAC
)的构建体完全丧失了对靶mRNA(如GluA2和SUMO2 3'UTR)的翻译调控能力。在初级神经元中，野生型CPEB3能在非刺激状态下抑制靶标翻译，并在甘氨酸诱导的化学性长时程增强(cLTP)后激活翻译；但CPEB3^ΔAC
则完全丧失这种双向调控能力。

免疫荧光显示，野生型CPEB3主要与p-body标记物Dcp1a共定位，而CPEB3^ΔAC
则转向应激颗粒标记物G3BP。这种定位改变与CPEB3的功能状态密切相关：在基础状态下，SUMO化的CPEB3通过p-body抑制翻译；激活后去SUMO化并转位至多聚体。

细胞内的超微结构特征
通过荧光引导的冷冻聚焦离子束(cryo-FIB)铣削和冷冻电子断层扫描(cryo-ET)，研究团队在U87细胞中观察到CPEB3-GFP信号与多泡体(MVB)富集区域共定位。这些MVB内含有类似纱线球的紧密平行纤维束，以及大量腔内囊泡和液滴。更引人注目的是发现两类特殊结构：直径约0.5 μm的螺旋壳层小室和直径达1 μm的洞穴状大室。后者具有60 nm间距的规则层状边缘，与已知的胆固醇酯脂滴不同。

转录组分析显示，野生型CPEB3过表达会显著上调免疫相关基因(如GBP家族)，而流式细胞术检测到13%细胞呈现凋亡标志，显著高于CPEB3^ΔAC
组(7%)和对照组(5%)。这表明AC序列的存在加剧了细胞应激反应。

讨论与展望
该研究首次在原子水平揭示了CPEB3朊病毒样结构域的淀粉样核心结构，为理解其功能调控提供了结构基础。hCPEB3_AC
的pH敏感性和低稳定性可能使其成为神经元活动的分子开关，通过可逆组装响应突触刺激。MVB中观察到的纤维束暗示细胞可能通过内体系统调控CPEB3聚集体的周转，而多层室结构可能代表一种新型的淀粉样蛋白存储区室。

研究也揭示了CPEB3的双面性：其AC序列既是记忆巩固必需的调控元件，又是细胞应激的诱因。这种特性与酵母朊病毒类似，但哺乳动物细胞可能通过SUMO化/泛素化等翻译后修饰(PTM)精细调控其聚集状态以避免病理损伤。未来研究需要探索内源性CPEB3在不同神经元活动状态下的结构变化，以及多层室结构的精确组成与功能。

（注：以上内容严格依据原文实验数据归纳，未添加任何非文献记载的推测或结论）