Adv Sci | 刘聪/刘琼/田瑞军/郭强等运用冷冻电子断层成像技术，合作揭示polyG聚集体脑内原位结构

神经元核内包涵体病（ Neuronal intranuclear inclusion disease ， NIID ）是一种 遗传性 神经退行性疾病，其特征性病理标志是广泛存在于神经系统 及其他系统 组织的细胞核内嗜酸性包涵体。 2019 年 国内外团队研究发现 NOTCH2NLC 基因 5′ UTR 区 的 GGC 重复 序列异常扩增，是 NIID 的致病 因素 ；随后， 研究发现该基因 突变 与 原发性震颤、帕金森病、阿尔茨海默病、额颞叶痴呆、多系统萎缩、肌萎缩侧索硬化、 眼咽远端 型肌病等 表型相关。 机制研究发现， 病理 扩增的 GGC 重复序列可翻译产生多聚甘氨酸（ polyglycine ， polyG ）蛋白，是导致 NIID 发生的主要毒性蛋白；这些 polyG 蛋白在细胞核内异常 聚集 ，构成核内包涵体的核心成分。常规电子显微镜观察 NIID 核内包涵体，发现其为无膜球形结构，内部为随机排列的致密丝状物。然而 ， 包涵体 在细胞和组织原位环境中的三维结构、组装状态及潜在致病机制仍缺乏直接证据。如何在接近真实生理状态的细胞和病理组织中解析这些聚集体的原位结构，并进一步理解其与细胞稳态失衡之间的关系，是该领域的重要问题。

近日， 中国科学院上海有机化学研究所生物与化学交叉研究中心刘聪团队 、 中南大学湘雅医院刘琼团队、南方科技大学田瑞军团队及北京大学郭强团队 ， 合作 在Advanced Science上发表了题为PolyGfibrils coalesce into nuclear ribbons that engageproteostasismachinery in neuronalintranuclearinclusion disease的研究论文。该研究结合冷冻电子断层成像（ Cryo -electron tomography ， Cryo -ET ）、原位冷冻电镜关联成像和邻近蛋白质组学等方法，揭示了NIID小鼠脑内polyG聚集体的原位三维结构及其局部蛋白质稳态微环境。

原位 Cryo -ET 结果表明， polyG 聚集体位于完整的神经元细胞核内，核心区域电子密度较高，外围则分布较为疏松的纤维状物质。对来自 6 个独立聚集体的 33 个断层数据进行分析发现，带状结构是聚集体核心和外围的主要组织形态；其外围带状结构更长、更疏松，核心中的带状结构则更加紧密，并保持 “ 分支纤维 - 横向缔合 - 带状聚集 ” 的层级组装特征。

图 1 ：示踪剂引导的组织原位 Cryo -ET 揭示 polyG 聚集体三维结构

在此基础上，研究团队采用基于辣根过氧化物酶的原位邻近标记和 质谱分析 ，系统鉴定 polyG 聚集体邻近蛋白质组。结果显示，蛋白酶体亚基、 HSP90 等分子伴侣及多种蛋白质质量控制相关组分在 polyG 聚集体附近显著富集。原位 Cryo -ET 进一步在带状结构之间观察到与蛋白酶体大小和形态相符的环状或桶状颗粒，且其紧邻甚至接触 polyG 带状结构。

该研究表明， NIID 中 polyG 聚集体具有不同于经典淀粉样纤维的超分子组织原则： 低复杂 度 polyG 可由分支纤维经横向堆积形成致密的核内带状支架。该支架可能持续招募蛋白酶体和分子伴侣等蛋白质质量控制组分，既可能反映细胞对异常聚集体的清除应答，也可能造成相关机器滞留或过载，从而影响细胞蛋白质稳态。该工作不仅为理解 NIID 核内聚集体的形成机制提供了原位结构依据，也为认识非经典致病蛋白聚集体如何重塑细胞蛋白质稳态环境提供了新的研究框架。

中国科学院上海有机化学研究所生物与化学交叉研究中心刘聪、中南大学湘雅医院刘琼 、 南方科技大学田瑞军和北京大学郭强担任共同通讯作者。中国科学院上海有机化学研究所生物与化学交叉研究中心董辉、中南大学湘雅医院 潘永诚、 南方科技 大学汤智瑶 和上海交通大学姚语萱为共同第一作者。

原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.76630

制版人：十一

学术合作组织

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