FMR1蛋白KH0-KH1结构域协同调控m6A结合与相分离在脆性X综合征中的作用机制

本研究揭示了脆性X智力障碍蛋白(FMR1)通过KH0-KH1结构域协同调控m6A-RNA结合与液液相分离(LLPS)的分子机制。研究人员运用AlphaFold3结构预测结合突变分析，发现KH1是主要m6A结合界面，而KH0结构域(特别是Arg138)调控相分离过程。致病突变会破坏RNA结合并诱导异常相分离聚集，为神经发育障碍治疗提供了新靶点。

　　

脆性X综合征(FXS)作为最常见的遗传性智力障碍疾病，其致病机制一直困扰着科学界。该病由FMR1基因突变导致其编码蛋白功能丧失，引发神经系统发育异常。尽管已知FMR1蛋白通过KH结构域参与RNA代谢调控，但各结构域在识别RNA修饰（如m⁶A）和相分离过程中的具体作用仍不明确。更棘手的是，临床发现的KH0结构域突变（如R138Q）如何影响蛋白功能尚缺乏机制解释，这严重制约了靶向治疗策略的开发。

为解决这些关键问题，中国科学院的研究团队在《Experimental Cell Research》发表了创新性研究。他们采用多学科交叉方法：通过AlphaFold3进行蛋白-RNA复合物结构预测；利用电泳迁移率变动实验(EMSA)和表面等离子共振(SPR)定量分析突变体结合特性；结合荧光显微技术和荧光漂白恢复(FRAP)技术系统评估相分离动态。研究还构建了包含F49N、R138Q、I304N等关键位点的系列突变体，并设计m⁶A修饰/未修饰的42nt RNA探针进行功能验证。

【KH0-KH1结构域协同调控RNA结合】
结构预测显示KH0虽具有典型KH折叠特征，但其α螺旋空间排布阻碍直接RNA结合。出乎意料的是，生化实验证实KH0的R138Q突变会特异性削弱m⁶A-RNA结合，表明该区域通过变构效应参与识别过程。KH1被确认为主要m⁶A结合界面，而KH2的I304N/V308K突变也显著降低结合亲和力，揭示多结构域协同工作机制。

【相分离的动态调控机制】
野生型FMR1在生理浓度下自发形成液滴，未修饰RNA能增大液滴尺寸而m⁶A-RNA抑制该效应。FRAP分析显示m⁶A结合使液滴流动性降低60%，盐浓度升高会破坏相分离。这些发现说明RNA修饰状态直接影响FMR1凝聚态物理性质。

【致病突变R138Q的破坏性效应】
携带癫痫相关突变R138Q的蛋白表现出异常相分离行为：液滴体积增大40%、荧光强度增强3倍，且m⁶A-RNA加速液滴固化。这为临床突变导致神经元功能紊乱提供了分子层面解释——异常相分离可能阻碍mRNA的正常运输和翻译。

该研究突破性地揭示了KH0结构域的双重功能：既参与m⁶A识别网络，又调控相分离动态平衡。特别值得注意的是，m⁶A修饰通过改变FMR1液滴流变学特性，可能影响其在神经元突触部位的mRNA调控效率。研究还指出当前AI预测工具在模拟RNA修饰相互作用时的局限性，强调实验验证的必要性。这些发现不仅深化了对FXS发病机制的理解，更开辟了通过调控相分离过程治疗神经发育疾病的新思路——以KH0为靶点的小分子调节剂有望恢复FMR1的正常功能。未来研究需结合冷冻电镜解析全蛋白复合物结构，并在模式生物中验证治疗策略，最终实现从基础发现到临床应用的转化。