TRIO蛋白PH2结构域β3-β4环的神经发育障碍相关变异通过解除GEF2自抑制调控RhoA活性

研究人员针对TRIO蛋白GEF2结构域中PH2的β3-β4环变异如何影响RhoA激活这一科学问题，通过体外荧光检测和神经细胞模型，发现NDD相关变异（如G2211E）可解除PH2对GEF2的自抑制，增强RhoA活性并抑制神经突生长，为理解神经发育障碍的分子机制提供新靶点。

　　

研究背景

在神经发育过程中，Rho家族GTP酶（如Rac1和RhoA）通过调控细胞骨架重组发挥核心作用，其活性失衡与自闭症谱系障碍（ASD）、精神分裂症（SCZ）等神经发育障碍（NDD）密切相关。TRIO蛋白作为独特的双功能鸟苷酸交换因子（GEF），其GEF1和GEF2结构域分别激活Rac1/RhoG和RhoA，但GEF2的PH2结构域如何抑制其活性、以及NDD相关变异如何影响这一过程尚不明确。

研究设计与方法

耶鲁大学团队通过体外荧光核苷酸交换实验（监测BODIPY-FL-GDP释放）和Neuro-2A（N2A）细胞模型，结合AlphaFold 3结构预测，系统分析了GEF2的αN螺旋功能、PH2自抑制机制及β3-β4环变异（如癫痫相关G2211E）的致病机理。

研究结果

αN螺旋是GEF2催化效率的关键

DH2αN（含αN螺旋的DH2片段）的RhoA核苷酸交换速率比单独DH2快25倍（k_cat/K_m = 3.3×10⁴ M^-1 s^-1），证实αN螺旋通过稳定RhoA结合界面增强催化活性。

PH2结构域通过β3-β4环实现自抑制

完整GEF2（含PH2）的催化效率比DH2αN降低22倍，而β3-β4环变异（如G2211E）使活性提升2倍（速度0.0027±0.00012 s^-1），表明该环通过遮蔽αN螺旋抑制RhoA结合。

变异通过结构重排解除自抑制

AlphaFold 3预测显示，G2211E变异引起β3-β4环位移，暴露αN螺旋的Glu²⁰⁶⁹/Met²¹⁴⁶残基，增强其与RhoA的互作，导致自抑制解除。

细胞表型验证

在N2A细胞中，GEF2_G2211E表达使神经突形成减少10.85%，而催化缺陷突变体GEF2_{N2143A/D2144A}表型与野生型相似，证实变异通过增强RhoA激活抑制神经发育。

结论与意义

该研究首次阐明TRIO GEF2中PH2通过β3-β4环-αN螺旋互作实现自抑制的分子机制，揭示NDD相关变异通过破坏这一界面导致RhoA过度激活的致病原理。发表于《Journal of Biological Chemistry》的成果不仅为神经发育障碍的精准诊疗提供新靶点，也为PH结构域调控GEF活性的多样性研究树立范例。未来可针对β3-β4环开发小分子抑制剂，为干预NDD提供新策略。