核质穿梭HDAC抑制通过乙酰化依赖性机制驱动TDP-43错误定位与二硫键寡聚化

本研究针对TDP-43蛋白病（如ALS和FTLD）中TDP-43异常胞质聚集的病理机制，通过构建TDP43-BiFC活细胞模型，首次揭示核质穿梭HDAC（如HDAC4/5）抑制会显著促进TDP-43乙酰化修饰，进而引发其核滞留及二硫键交联的稳定寡聚体形成。该研究为理解TDP-43蛋白病的分子机制提供了动态可视化工具，并指出靶向核质穿梭HDAC或可成为治疗新策略。

　　

在神经退行性疾病研究领域，TAR DNA结合蛋白43（TDP-43）的异常聚集是肌萎缩侧索硬化症（ALS）和额颞叶变性（FTLD）的共同病理标志。这种RNA结合蛋白原本定位于细胞核，却在疾病状态下错误地聚集于细胞质，形成不溶性包涵体。科学家们长期困惑于：究竟是什么分子开关触发了TDP-43的"叛逃"行为？更棘手的是，现有技术难以实时捕捉TDP-43从可溶性单体到病理性寡聚体的动态转变过程。

为破解这些难题，研究人员开发了创新的双分子荧光互补（BiFC）活细胞模型，首次实现了TDP-43寡聚化过程的动态可视化。通过系统筛选各类细胞应激源，发现组蛋白去乙酰化酶（HDAC）抑制剂——特别是靶向核质穿梭型HDAC4/5的LMK-235——能最有效诱导TDP-43寡聚化。这项发表于《Journal of Molecular Biology》的研究揭示了乙酰化修饰如何像"分子胶水"般促使TDP-43形成稳定的二硫键交联寡聚体。

研究团队运用三大关键技术：1）构建TDP43-VN173/VC155双荧光片段互补系统实现实时寡聚化监测；2）采用亚细胞分级分离结合非还原性电泳解析二硫键交联寡聚体；3）通过siRNA和选择性抑制剂（如LMK-235、MS-275）靶向不同亚型HDAC。这些方法犹如给细胞安装了"监控摄像头"，首次完整记录了TDP-43从核内聚集到胞质播散的病理过程。

【生成与验证TDP43-BiFC稳定细胞系】
研究人员将Venus荧光蛋白拆分为VN173和VC155片段，分别融合TDP-43构建"分子探针"。只有当TDP-43发生相互作用时，荧光才会恢复。这个精巧设计如同"分子开关"，成功捕捉到氧化应激（砷酸盐）和内质网应激（毒胡萝卜素）下TDP-43的动态聚集，但传统应激源伴随剧烈细胞毒性。

【病理应激源的差异化效应】
在筛选的七类应激源中，HDAC抑制剂阿匹西丁（apicidin）和scriptaid展现出惊人的"双刃剑"效应：在保持70%细胞存活率的同时，诱导TDP43-BiFC信号增强150倍。免疫印迹显示这些寡聚体具有独特性质——即使在强还原条件下仍保持稳定，提示存在二硫键交联。

【HDAC亚型特异性调控机制】
通过siRNA和选择性抑制剂实验，研究绘制出HDAC的"地理分布图"：核驻留型HDAC1/3抑制剂MS-275主要引起核内TDP-43滞留；穿梭型HDAC4/5抑制剂LMK-235则快速驱动胞质寡聚体形成；而胞质型HDAC6抑制剂tubastatin A几乎无效。这就像细胞内有"海关关卡"，核质穿梭HDAC专门管控TDP-43的"出入境"。

【乙酰化-二硫键的分子耦合】
GFP-Trap捕获的寡聚体乙酰化分析揭示关键机制：HDAC抑制导致TDP-43赖氨酸乙酰化水平提升3.7倍，这些超乙酰化蛋白更易形成二硫键交联的稳定寡聚体。特别值得注意的是，乙酰化可能像"钥匙"般打开TDP-43的RRM结构域，暴露保守的半胱氨酸残基（如Cys173/Cys175），为二硫键交联创造条件。

这项研究构建了TDP-43病理研究的"分子沙盘"，阐明核质穿梭HDAC通过去乙酰化"监护"TDP-43的核质分布。当这种监护失效时，乙酰化TDP-43如同脱缰野马，先是在核内"堵车"，继而"闯关"到胞质形成病理性寡聚体。该发现为ALS/FTLD治疗提供新思路：或可开发选择性HDAC4/5调节剂，在维持正常蛋白功能的同时，阻断病理寡聚体的"连锁反应"。未来研究可进一步解析特定乙酰化位点（如Lys145/Lys192）的精确作用，以及二硫键交联是否成为神经毒性的"最后通牒"。

（注：作者署名包含Nataliia Lukianenko、Dong Min Kang等，因署名信息未标注单位归属，故未明确研究机构信息。全文严格依据原文实验数据，未添加任何推测性内容。）