靶向ATG101的热量限制模拟物绿原酸和漆黄素作为潜在自噬诱导剂的分子机制研究

推荐：本研究针对神经退行性疾病中自噬功能受损的关键问题，通过分子对接和分子动力学模拟揭示了热量限制模拟物（CRMs）绿原酸（CGA）和漆黄素（fisetin）与自噬核心蛋白ATG101的相互作用机制，并结合qRT-PCR验证了二者对ATG101 mRNA的上调作用。结果表明漆黄素-ATG101复合物稳定性更优，为开发新型自噬诱导剂提供了理论依据。

　　

论文解读
在阿尔茨海默病等神经退行性疾病中，自噬（autophagy）功能受损导致错误折叠蛋白和受损细胞器无法有效清除，加速神经元死亡。自噬启动阶段由ULK1复合物（包含ATG101等关键蛋白）调控，但ATG101的具体调控机制尚不明确。与此同时，天然化合物绿原酸（CGA）和漆黄素（fisetin）作为热量限制模拟物（CRMs），虽能模拟热量限制的健康效益，但其通过ATG101调控自噬的分子机制仍是空白。

为填补这一空白，印度贾瓦哈拉尔尼赫鲁大学等机构的研究团队在《Biochemistry and Biophysics Reports》发表论文，通过计算生物学与实验验证相结合的策略，首次揭示CGA和fisetin通过直接结合ATG101并上调其基因表达的双重机制促进自噬。研究采用分子对接预测结合位点，通过200 ns分子动力学（MD）模拟评估复合物稳定性，并利用分化后的SHSY5Y神经母细胞瘤细胞进行qRT-PCR验证。

关键方法

1. 分子对接与结合位点预测：使用PyRx和CASTp服务器分析ATG101（PDB ID:4WZG）与配体的相互作用；
2. 分子动力学模拟：采用GROMACS v5.1.4进行200 ns全原子模拟，计算RMSD、Rg、SASA等参数；
3. 基因表达分析：通过qRT-PCR检测分化SHSY5Y细胞中ATG101 mRNA水平。

研究结果

1. 结合模式与稳定性差异

   • 分子对接显示CGA和fisetin分别以-5.8 kcal/mol和-6.0 kcal/mol结合能靶向ATG101的α-螺旋（残基70-79）和β-折叠区（残基190-192）。漆黄素通过Thr27/Val65氢键和Ile152 π-σ作用形成更稳定复合物（RMSD≈3.0 ?），而CGA导致蛋白结构松散（RMSD≈6.0 ?）。

2. 动态行为与能量景观

   • 自由能景观（FEL）分析表明，fisetin使ATG101维持单一低能构象（Nc=0.78），而CGA诱导多构象态（E1-E3），提示后者可能通过构象选择调控功能。MM/PBSA计算进一步证实fisetin结合自由能（-21.76 kcal/mol）显著优于CGA（-16.86 kcal/mol）。

3. 基因调控效应

   • qRT-PCR显示，30 μM fisetin和100 μM CGA处理24 h后，ATG101 mRNA分别上调2.5倍和2倍（P<0.001），证实二者在转录水平激活自噬通路。

结论与意义
该研究首次阐明fisetin和CGA通过结构稳定性和基因表达双重途径调控ATG101，其中fisetin因更强的结合稳定性成为更有潜力的自噬诱导剂。这一发现为神经退行性疾病的干预提供了新靶点，并为基于CRMs的药物设计奠定了理论基础。未来需进一步验证其在动物模型中对自噬体形成和蛋白清除的功能影响。