高尔基体定位的PPM1H磷酸酶通过Rab GTPases变构调控LRRK2底物去磷酸化在帕金森病中的作用机制

本研究揭示了PPM1H磷酸酶通过N端两亲性螺旋与Rab GTPases（Rab8A/Rab10）变构结合位点的互作机制，阐明了其调控LRRK2介导的Rab去磷酸化过程。发现非磷酸化Rab产物通过变构抑制PPM1H活性，为开发靶向该位点的帕金森病治疗策略提供了新思路。

　　

帕金森病作为第二大神经退行性疾病，其发病机制与富含亮氨酸重复激酶2（Leucine Rich Repeat Kinase 2, LRRK2）的异常激活密切相关。LRRK2通过磷酸化Rab GTPases（如Rab8A、Rab10等）的Switch 2模体中的苏氨酸/丝氨酸，干扰Rab蛋白与效应器的正常结合，导致细胞功能障碍。尽管已知蛋白磷酸酶PPM1H能逆转LRRK2介导的Rab磷酸化，但其精确调控机制仍是未解之谜。

斯坦福大学医学院Suzanne R. Pfeffer团队在《Journal of Biological Chemistry》发表的研究，首次揭示了PPM1H通过变构机制受Rab GTPases调控的分子细节。研究人员发现PPM1H除了通过活性位点结合磷酸化Rab（pRab）外，还存在独立的变构结合位点，能特异性识别非磷酸化的Rab8A/Rab10（K_D≈1μM），而Rab12结合能力显著较弱（K_D≈7μM）。这种变构结合不仅依赖PPM1H第66位亮氨酸（L66），还需要其N端两亲性螺旋的参与——删除该区域会使Rab结合亲和力降低6倍。更关键的是，非磷酸化Rab的结合会抑制PPM1H的磷酸酶活性，而L66R和Δ37突变体因丧失变构抑制表现出2倍更高的催化效率。

研究采用微尺度热泳（MST）定量蛋白互作亲和力，通过蔗糖梯度共浮选实验验证膜结合状态，并利用AlphaFold 3预测变构位点结构。结果显示：①PPM1H对硫代磷酸化Rab8A的催化位点结合（K_D=1μM）不依赖L66，但需要FLAP结构域R338；②野生型Rab8A的GTP结合态比GDP态亲和力高3倍；③脂质体实验中，仅当PPM1H同时具备完整N端和L66时，才能介导Rab8A/10的膜共定位。

在讨论部分，作者提出"双重定位-变构调控"模型：高尔基体膜上的Rab GTPases通过两亲性螺旋将PPM1H招募至作用位点，同时非磷酸化Rab通过变构抑制防止过度去磷酸化。这种精密的反馈调节机制解释了为何细胞中仅少量pRab能维持稳态（约2%），也为开发靶向变构位的小分子药物提供了理论依据——通过解除变构抑制可能增强PPM1H对病理性的LRRK2过度磷酸化的纠正能力。

该研究不仅阐明了PPM1H在空间定位和活性调控上的双重机制，更开辟了通过靶向变构位点治疗帕金森病的新途径。未来针对该变构口袋的药物设计，或可特异性增强PPM1H对致病性pRab的清除能力，而不干扰其他磷酸酶功能，这种精准干预策略具有重要的转化医学价值。