Rad23B通过异型缓冲机制延缓Ataxin-3液-固相变的分子机制研究

研究人员针对Machado-Joseph病（MJD）致病蛋白Ataxin-3的异常相变与聚集机制展开研究，发现其C端三UIM异构体通过液-液相分离（LLPS）形成液滴并最终转化为淀粉样纤维，而Rad23B通过异型相互作用特异性抑制液滴老化但不影响淀粉样通路，揭示了相分离与错误折叠通路的独立性，为神经退行性疾病治疗提供新靶点。

　　

在神经退行性疾病研究领域，多聚谷氨酰胺（polyQ）扩展导致的蛋白质异常聚集一直是科学家们关注的焦点。其中，Machado-Joseph病（又称脊髓小脑共济失调3型，SCA3）由Ataxin-3蛋白中CAG重复序列异常扩展引起，患者神经元内会形成核内包涵体。尽管已知Ataxin-3可通过液-液相分离（liquid-liquid phase separation, LLPS）形成液滴并转化为淀粉样纤维，但其分子机制及调控因素尚不明确。更令人困惑的是，Ataxin-3在细胞内与多种膜性细胞器组分相互作用，特别是与蛋白酶体调控因子Rad23B的结合可能影响其相变行为，这一过程在疾病发生中的作用亟待阐明。

为解答这些问题，研究人员通过系统的体外实验和细胞模型，首次揭示了Ataxin-3三UIM异构体（大脑中最丰富的亚型）的相分离动态规律。研究发现，正常长度polyQ（Q25）的Ataxin-3能形成稳定的液滴，但会逐渐"老化"为纤维状结构；而致病性扩展的Q54则形成不稳定的短寿命液滴并快速固化为淀粉样聚集体。通过截断体实验发现，C端片段能形成独特的直线型无分支纤维，且不与淀粉样染料Thioflavin-T结合，显示出特殊的结构特征。最关键的发现是，Rad23B能通过异型相互作用缓冲Ataxin-3液滴的老化过程，但不影响其在稀释条件下的淀粉样纤维形成，首次证明Ataxin-3存在相分离依赖和错误折叠依赖两条独立的聚集通路。此外，研究还证实Ataxin-3可被招募至应激颗粒中，提示其在细胞应激响应中的潜在作用。

研究主要采用AlphaFold2结构预测、FuzDrop相分离倾向分析等生物信息学方法，结合重组蛋白（Ataxin-3 Q25/Q54及截短体、Rad23B）的体外LLPS实验、硫黄素T结合检测、荧光标记追踪等技术，并在神经元细胞模型中观察了氧化应激（亚砷酸盐处理）下的Ataxin-3定位变化。

Full-length Ataxin-3 undergoes LLPS in vitro governed by electrostatic, hydrophobic, and cation-π interactions
研究发现全长Ataxin-3 Q25在生理条件下能自发形成液滴，其相分离受静电作用、疏水相互作用和阳离子-π相互作用的共同调控。与双UIM亚型相比，三UIM亚型显示出更强的相分离倾向，说明UIM数量是关键调控因素。

Discussion
研究揭示了polyQ长度对相行为的双重影响：短polyQ（Q25）促进液滴形成但延缓固化，而长polyQ（Q54）削弱相分离能力却加速液-固转变。C端区域（含polyQ和核定位序列）表现出独特的纤维形成能力，这种纤维与典型淀粉样结构不同，暗示Ataxin-3可能存在多途径聚集机制。

Conclusion
该研究建立了Ataxin-3相分离与淀粉样形成的内在联系，证明Rad23B通过"异型缓冲"机制选择性地延缓液滴老化而不影响错误折叠通路。这一发现不仅解释了Ataxin-3在生理和病理状态下的不同聚集行为，还为开发针对相分离通路的神经保护策略提供了理论依据。研究结果发表于《Journal of Molecular Biology》，为理解polyQ疾病和其他蛋白质构象病的发病机制开辟了新视角。