PKA RIβ相分离异常导致神经系统疾病的分子机制研究：两种突变体通过不同途径破坏信号传导

本研究揭示了PKA（蛋白激酶A）调控亚基RIβ通过液-液相分离（LLPS）形成生物分子凝聚体的分子机制，发现神经发育障碍（MASNS）相关突变R335W和神经退行性疾病（NLPD-PKA）相关突变L50R分别通过不同方式导致异常相分离，进而通过捕获催化亚基Cα破坏PKA信号传导，为理解相关神经系统疾病的发病机制提供了新视角。

　　

PKA RIβ形成生物分子凝聚体的机制研究

研究发现内源性表达的PKA RIβ在PC12细胞中形成动态的、具有液体样特性的生物分子凝聚体。通过荧光恢复实验（FRAP）证实，RIβ可以在凝聚体和扩散池之间动态交换。与普遍存在的RIα亚型不同，RIβ的相分离行为表现出独特的特征：其无序连接区（disordered linker）在维持液体样组装中起关键作用，删除该区域会导致纤维状异常组装。

神经发育障碍相关突变R335W的致病机制

在Marbach-Schaaf神经发育综合征（MASNS）患者中发现的R335W突变位于RIβ的C末端cAMP结合口袋。该突变虽然不影响RIβ的内在相分离倾向，但完全破坏了cAMP依赖的相分离过程。通过BRET实验和活细胞PKA活性检测发现，RIβ^R335W
突变体无法正常解离催化亚基Cα，导致PKA活性显著降低，CREB介导的转录受到抑制。这种"显性负效应"解释了患者出现的神经发育异常和痛觉不敏感等症状。

神经退行性病变相关突变L50R的独特表现

与神经退行性疾病NLPD-PKA相关的L50R突变位于RIβ的二聚化结构域（D/D domain）。该突变导致RIβ形成凝胶样的异常凝聚体，表现出极低的流动性。特别值得注意的是：
1）L50R突变体丧失了与AKAPs的结合能力，无法被招募至质膜或线粒体等特定亚细胞位点；
2）催化亚基Cα被异常捕获在凝胶样凝聚体中，即使在cAMP刺激下也难以释放；
3）神经元实验显示，表达RIβ^L50R
的细胞表现出树突生长受限和凋亡增加，这与患者脑中观察到的神经元丢失现象一致。

两种突变导致PKA信号紊乱的不同机制

虽然R335W和L50R突变都导致PKA信号紊乱，但其分子机制存在显著差异：

• R335W通过将Cα锁定在holoenzyme复合物中，阻止其活化
• L50R则通过形成凝胶样凝聚体物理性捕获Cα
  RNA-seq分析进一步揭示，L50R突变会显著上调细胞应激和凋亡相关基因的表达，这为理解神经退行性病变提供了分子层面的解释。

研究意义与展望

这项工作不仅阐明了RIβ相分离的生理功能，还揭示了两种神经系统疾病相关突变通过不同机制破坏PKA信号通路的分子基础。这些发现为开发针对特定突变类型的精准治疗策略提供了理论依据。未来研究可以进一步探索如何调节异常相分离过程，或开发能够特异性释放被捕获Cα的小分子化合物，为相关神经系统疾病的治疗提供新思路。