這項研究成果發表在《科學》（Science）雜志上。

帕金森病是僅次于阿爾茨海默病的第二大常見神經退行性疾病，65歲以上的老年人口中有1-2%的人患有該病。眾所周知，帕金森病與遺傳有關，約15%的病例有家族史。雖然與該疾病相關的基因有很多，但LRRK2突變是最常見的原因之一。由于LRRK2 體積龐大，LRRK2的結構研究一直很麻煩。 

圣猶達大學結構生物學系通訊作者Ji Sun博士說:“這種蛋白質的研究極具挑戰性。”

 盡管困難重重，Ji Sun和他的團隊還是2021年在Cell上發表了全長LRRK2的第一個結構。 

“在第一篇論文中，我們得到了LRRK2的結構，但該結構顯示出非活性構象，”Ji Sun解釋說。蛋白質通常有活躍和不活躍的形式，由不同的細胞信號調節。有時，它需要與另一種蛋白質結合才能觸發結構變化，使蛋白質從非活性形狀變為活性形狀。“所以，我們開始思考，‘我們有LRRK2的一個關鍵狀態。我們能得到它的活性構象嗎?’”

冷凍電鏡捕捉到LRRK2的活性狀態 

尋找活性構象并不像將Rab29添加到LRRK2中那么簡單。LRRK2 可以與其他 LRRK2 分子結合，這一過程稱為寡聚化。這可以將單個LRRK2單體(一個單元)轉化為二聚體(兩個單元)，甚至更大的組裝體。這意味著研究人員必須尋找代表活性形式的版本。還有一個問題是Rab29位于細胞膜上。 

“在細胞中，大約90%或更多的LRRK2是細胞質，”Sun解釋說，指的是細胞質，細胞膜包裹的液體，含有細胞的許多成分。“非常少量位于膜表面并形成大的低聚物。這些都是活躍的和功能性的版本。”

文章第一作者，St. Jude結構生物學系的Hanwen Zhu博士，使用低溫電子顯微鏡確定了Rab29-LRRK2復合物的第一個結構。這包括單體(一對)和二聚體(兩對)的結構，以及意想不到的四聚體(四對)。“我們對這些結構發現感到非常興奮，因為它們代表了第一個在活躍狀態下捕獲的高分辨率LRRK2結構”。 

Sun補充說:“在這個四聚體中，我們看到了LRRK2的活性構象，但在單體和二聚體復合物中，LRRK2處于非活性構象。” 

了解Rab29-LRRK2復合物 

這些發現表明，LRRK2的激活不僅取決于與之相互作用的蛋白質，還取決于它們在細胞內的空間排列。 

“我們提出了從單體到四聚體在膜募集的過渡，在細胞內，它主要是LRRK2的非活性單體或二聚體。但當Rab29將LRRK2招募到膜上時，LRRK2的局部濃度增加。這促進了向四聚體的轉變，其中LRRK2變得活躍。” 

這對帕金森病有什么影響?這些結構為研究人員提供了一個原子尺度的地圖，追蹤導致帕金森病的不同突變如何影響該復合體的功能。 

Sun說:“所有這些突變實際上都有利于活性構象，這意味著它們在活性構象中提供新的相互作用，或者破壞非活性構象中的相互作用。”“突變的影響可以在我們的結構中漂亮地可視化：它解釋得很好。” 

這種結構研究的重要性不僅在于獲得的新見解，還在于它們在藥物設計中的潛在應用。例如，研究人員還捕獲了藥物DNL201存在時LRRK2的結構。這種藥物通過了第一階段的臨床試驗，將蛋白質鎖定在活性狀態，因此它被用來驗證他們的發現，即四聚體確實是復合物的活性形式。 

“我們現在有一個不活躍的構象和一個活躍的構象，所以我們可以監測從不活躍到活躍狀態的轉變，這些結構為藥物化學家設計用于治療帕金森病的新型LRRK2抑制劑提供了急需的見解。”


（文章來源：www.ebiotrade.com/newsf/2023-12）