NABi作为SOD1G93A聚集选择性抑制剂的机制特征：结构基础及其对ALS的治疗意义

《ACS Chemical Neuroscience》：Mechanistic Characterization of NABi as a Selective Inhibitor of SOD1G93A Aggregation: Structural Basis and Therapeutic Implications for ALS

　　

摘要

肌萎缩侧索硬化症（ALS）是一种破坏性的神经退行性疾病，其特征是运动神经元的逐渐丧失。家族性ALS（fALS）通常由Cu/Zn超氧化物歧化酶（SOD1）的突变引起。G93A突变是最具侵袭性的形式之一，它通过交叉β-折叠结构促进细胞毒性蛋白质聚集的形成，从而导致神经元功能障碍和死亡。在这项研究中，我们研究了NABi（天然Aβ结合剂和Aβ聚集抑制剂）的治疗潜力。NABi是一种稳定的小型工程蛋白，由SOD1的N端90个氨基酸组成，最初是针对阿尔茨海默病中的淀粉样β聚集开发的。鉴于淀粉样β蛋白与突变SOD1蛋白之间存在共同的β-折叠聚集机制，我们假设NABi可以作为这两种疾病的双重治疗方法。通过结合结构分析、生化分析和细胞分析，我们证明NABi对SOD1^G93A的结合亲和力是SOD1^WT的4倍，能够通过特定的疏水相互作用选择性地靶向突变蛋白。使用AlphaFold2进行的结构建模显示，G93A突变暴露出疏水残基，这些残基为NABi提供了最佳的结合界面。从功能上讲，NABi能够有效抑制SOD1^G93A的聚集，这一点通过滤膜捕获实验和免疫荧光显微镜得到了证实，同时保持蛋白质的可溶性和非毒性状态。重要的是，共表达NABi可以将SOD1^G93A引起的细胞毒性降低约4倍，显著提高神经元存活率。这些发现表明NABi是治疗与SOD1^G93A相关的家族性ALS的有希望的候选药物，展示了其选择性地靶向病理蛋白构象的同时保持正常细胞功能的能力。我们的结果支持将NABi开发为一种创新的全效治疗方法，用于针对多种神经退行性疾病中的共同聚集途径。