CHCHD10与CHCHD2淀粉样纤维结构揭示神经退行性疾病新机制

本研究首次揭示线粒体蛋白CHCHD10和CHCHD2通过N端无序域形成淀粉样纤维的结构基础，解析了致病突变体S59L（CHCHD10）和T61I（CHCHD2）诱导的原纤维折叠差异，为神经退行性疾病（ALS/FTD/PD）的毒性获得机制提供了直接结构证据。

　　

在神经退行性疾病研究领域，线粒体蛋白CHCHD10和CHCHD2的突变与额颞叶痴呆（FTD）、肌萎缩侧索硬化症（ALS）和帕金森病（PD）密切相关，但其致病机制长期未明。既往研究多聚焦于功能缺失假说，而突变蛋白形成的病理性聚集体结构特征始终是未解之谜。更关键的是，野生型蛋白是否具有自发聚集倾向、不同突变如何影响聚集过程等核心问题，亟需从结构生物学角度获得突破性证据。

来自威尔康奈尔医学院（Weill Cornell Medicine）的研究团队通过多学科交叉研究，首次解析了CHCHD10和CHCHD2淀粉样纤维的原子结构，发现其N端保守区域可形成多态性原纤维核心，而致病突变通过改变原纤维折叠模式驱动神经毒性。该成果发表于《Nature Communications》，为理解这类疾病的分子机制提供了全新视角。

研究采用冷冻电镜（cryo-EM）解析纤维结构，结合核磁共振（NMR）分析溶液构象，通过硫黄素T（ThT）荧光监测聚集动力学，并利用患者来源成纤维细胞和小鼠模型进行体内验证。关键技术包括：冷冻电镜三维重构（分辨率2.03-3.15?）、15N-1H HSQC核磁谱分析、免疫金标记电子显微镜等。

主要研究结果

无序的N端结构域

圆二色谱和NMR证实CHCHD10（1-98）与CHCHD2（1-113）的N端域呈典型无序构象，化学位移分析显示其缺乏稳定二级结构（图1）。这种类朊病毒域特征暗示其潜在的淀粉样聚集倾向。

淀粉样纤维形成能力

体外实验显示两者N端域能自发形成ThT阳性纤维，电镜观察到典型淀粉样纤维形态（图2）。在p.R15L突变患者成纤维细胞中，CHCHD10与硫黄素S共定位，证实体内淀粉样聚集；D10^S55L小鼠心肌提取物中检测到免疫金标记的纤维结构（图3），首次建立从体外到体内的证据链。

保守的纤维核心结构

冷冻电镜解析出三种CHCHD10-NT纤维多态体（图4a-c）和一种CHCHD2-NT结构（图4d），其有序核心均包含高度保守的VAV基序（残基V₅₅-V₅₇/V₆₆-V₆₈）。值得注意的是，D10与D2核心区仅5个氨基酸差异，且部分多态体结构可兼容彼此序列变异，暗示潜在交叉聚集可能。

突变体诱导结构重塑

致病突变S59L（D10）和T61I（D2）位于纤维核心内部，冷冻电镜显示其破坏野生型折叠模式：S59L迫使L₅₉侧链翻转，产生不对称原纤维（图6a）；T61I形成含LARKS模体的新折叠（图6b）。聚集动力学显示S59L显著加速纤维化（T₅₀缩短50%），而T61I影响较小，表明突变效应具有多样性（图6c-j）。

讨论与意义

该研究首次建立CHCHD10/CHCHD2淀粉样聚集与神经退行性疾病的直接关联，突破性地揭示：

1. 保守VAV基序构成纤维结构基石，为干预靶点设计提供精确坐标；

2. 致病突变通过改变原纤维折叠产生结构异质性，可能解释临床表型差异；

3. 野生型蛋白的聚集倾向暗示年龄相关疾病风险，为散发病例研究开辟新方向。

冷冻电镜捕捉的多态性结构为理解"病理株"多样性奠定基础，而突变特异性结构变化为个性化治疗策略开发提供了分子蓝图。未来研究需进一步探索：纤维在线粒体内的精确定位、与其它淀粉样蛋白（如TDP-43）的交叉聚集、以及如何通过调控原纤维组装干预疾病进程。这项研究不仅革新了对CHCHD蛋白病理机制的认知，也为广义的蛋白质构病研究提供了范式转移。