FAM92A蛋白BAR域二聚化调控脂质结合与CBY1互作的结构机制解析

本研究揭示了FAM92A蛋白BAR域通过二聚化形成新月形结构，其凹面正电荷簇介导脂质结合的关键机制，并阐明其与纤毛蛋白CBY1的协同二聚化增强互作的结构基础，为理解膜重塑及纤毛发生提供分子框架。

　　

细胞的生命活动离不开细胞膜的动态重塑，而BAR（Bin/Amphiphysin/Rvs）结构域蛋白家族正是这一过程的核心调控者。这类蛋白质通过其特有的新月形结构感知和诱导膜曲率变化，参与囊泡运输、细胞器形态维持和纤毛发生等关键生理过程。FAM92A作为经典BAR蛋白家族成员，在纤毛组装、线粒体超微结构维持和神经元功能中发挥重要作用，但其分子机制长期未明。更引人关注的是，FAM92A基因缺陷会导致小鼠胚胎致死、左右不对称发育异常、认知障碍，在人类中与Nablus面具样面部综合征、自闭症等多种疾病相关，凸显其基础研究和临床价值。

为解析FAM92A的作用机制，研究人员通过X射线晶体学首次解析了小鼠FAM92A BAR域2.2 ?高分辨率结构，发现其形成典型的反向平行二聚体。结构引导的生化分析表明，凹面多个正电荷簇（如R108/K109/R112簇和R201/R203/R205簇）对脂质结合至关重要，而二聚化界面关键疏水残基（如L120/I257）的突变会破坏二聚体形成并显著削弱膜结合能力。研究还发现FAM92A BAR域直接结合纤毛蛋白CBY1的N端区域，两者二聚化状态产生协同效应——CBY1的卷曲螺旋（coiled-coil）二聚化使其与FAM92A BAR的结合亲和力提升10倍以上（K_d
从μM级增强至0.15 μM）。这些发现发表于《Journal of Biological Chemistry》，为理解FAM92A在膜重塑和CBY1互作中的结构基础提供了重要线索。

研究采用多项关键技术：通过SEC-MALS（尺寸排阻色谱-多角度激光散射）验证蛋白寡聚状态；X射线晶体学解析结构；ITC和BLI定量互作亲和力；脑脂质体共沉淀实验分析膜结合特性。

【BAR域形成溶液二聚体】SEC-MALS证实全长FAM92A和BAR域片段均形成二聚体，分子量分别为116 kDa和49.6 kDa，与理论值吻合。

【晶体结构揭示经典BAR特征】2.2 ?分辨率结构显示，每个单体含3个α螺旋，Pro167诱导α2形成特征性弯折。二聚体与经典BAR域（如amphiphysin）结构相似（RMSD 3.575 ?），明显区别于F-BAR或I-BAR亚型。

【凹面正电荷介导膜结合】静电势分析鉴定出5个正电荷区域，其中中心区域（含R108/K109）突变使脂质结合降低90%。二聚化破坏突变体（L120E/I257Q）同样丧失膜结合能力，证实二聚化是功能前提。

【与CBY1协同互作机制】CBY1通过N端无序区（1-70）结合FAM92A，其C端卷曲螺旋二聚化使亲和力从3.6 μM提升至0.15 μM。用GCN4卷曲螺旋替换CBY1天然CC域可恢复高亲和力，证实二聚协同效应具有结构普适性。

该研究不仅阐明了FAM92A BAR域二聚化与膜结合的分子基础，还揭示了其与CBY1协同互作的新机制。这种"二聚化增强亲和力"的模式可能普遍存在于BAR蛋白与伙伴蛋白的互作中，为理解纤毛发生障碍疾病的发病机制提供了新视角。值得注意的是，FAM92A与同源蛋白FAM92B虽结构高度相似，但在组织分布和功能上存在差异，提示二者可能通过表达调控实现功能特化。未来研究需进一步探索FAM92A在神经元突触可塑性和线粒体形态维持中的具体效应分子，以及其与人类疾病相关突变的结构影响。