Science：首次解析帕金森病相关蛋白结构！或将带来新靶点！

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Science：首次解析帕金森病相关蛋白结构！或将带来新靶点！

Science 论文研究揭示了帕金森病相关蛋白的结构，或将为帕金森病治疗提供新的方向

帕金森病（Parkinson’s Disease, PD）是一种常见的神经退行性疾病，其特征是脑细胞的退化与死亡。

在健康个体中，每秒都有数不清的细胞死亡，并由新生细胞替代。然而，与大多数细胞不同，脑细胞一旦死亡，几乎无法再生，这使得神经退行性疾病的影响尤为严重。

线粒体损伤是帕金森病的核心病理机制之一。在健康个体中，当线粒体受损时，一种与线粒体自噬及帕金森病密切相关的蛋白激酶 PINK1（PARK6）会聚集在线粒体膜上，并通过泛素（ubiquitin）发出信号，指示细胞清除这些受损线粒体。然而，在帕金森病患者中，PINK1 发生突变后，其信号传导功能受损，会导致受损线粒体持续积累，最终引发脑细胞死亡。

但目前，人类 PINK1 的完整结构，以及 PINK1 如何在受损线粒体上稳定并激活仍未被全面揭示，尤其是包含帕金森病相关突变位点的结构仍然未知。

近期，WEHI 帕金森病研究中心的研究团队利用冷冻电镜技术，首次解析了结合在线粒体上的人类PINK1结构，并在Science期刊上发表了相关研究成果。这一突破性的发现或将为开发PINK1激活剂及帕金森病的治疗带来新的希望。

▲PINK1 稳定性及活性模型

人类PINK1 复合体的结构

该团队先是在人源细胞系中重建并纯化了 PINK1 复合体，以解析其在线粒体外膜（MOM）的稳定机制。具体流程如下：

1.PINK1过表达及线粒体去极化处理：

在 Expi293 人类细胞表达系统中，过表达 3xFLAG 标签的野生型人源PINK1。采用寡霉素（Oligomycin）和抗霉素 A（Antimycin A）处理细胞，诱导线粒体去极化，使 PINK1 稳定积累在线粒体外膜上。

2.PINK1的纯化：

在分离出线粒体后，使用 Digitonin 溶解线粒体膜，提取出膜结合PINK1 复合体。然后采用免疫共沉淀（IP）方法，利用 FLAG 抗体亲和纯化 PINK1 复合体，使用尺寸排阻层析（SEC）进行分离，获得 PINK1 样本。

3.复合体成分分析：

采用 Western blot（WB）验证 PINK1 复合体的主要组成蛋白；活性实验评估 PINK1 复合体的功能完整性；质谱分析（Mass Spectrometry, MS）确定复合体的完整蛋白质组成；交联质谱（XL-MS）分析 PINK1 与其他线粒体蛋白的相互作用位点，揭示 PINK1 进入线粒体通道的详细结构。

最终，通过冷冻电镜解析出了 PINK1 的高分辨率结构。

分析结果显示，人类 PINK1 并非独立存在，而是稳定结合在一个由 TOM 复合体（线粒体外膜转运复合体）和 VDAC2（电压依赖性阴离子通道 2）组成的超大分子复合体上。

小贴士

线粒体外膜（MOM）上的跨膜蛋白复合体在蛋白质转运、能量代谢和细胞凋亡等生理过程中起着关键作用。其中，转运通道复合体（TOM）是线粒体蛋白质导入的主要入口，而电压依赖性阴离子通道（VDAC）参与物质交换和细胞凋亡调控。

其稳定机制如下：

• TOM-VDAC复合体的核心结构

TOM-VDAC 复合体由两个对称的 TOM 核心复合体组成，围绕一个 VDAC2 二聚体对称排列。PINK1 结合在 VDAC2 上，并通过 TOM5、TOM20 和 TOM40 形成稳定的相互作用。

• 二聚体的形成

PINK1 以对称的二聚体（dimer）形式存在，通过 Cys166 和 Cys125 两个关键的氨基酸残基形成二硫键，维持 PINK1 的稳定性和活性。

• 与TOM-VDAC复合体的相互作用

PINK1 通过其 C 端结构域与 TOM20 亚基结合，其 N 端被引导进入 TOM40 亚基通道，并在 TOM7 和 TOM22 的作用下穿过线粒体外膜，保证其稳定停留在线粒体外膜上。

▲二聚化的PINK1与TOM-VDAC结合的结构（沿膜平面展示）

此外，研究还揭示了 PINK1 的二聚化模式、激酶活性调控及泛素磷酸化前的过渡状态。为线粒体自噬的分子机制提供了新见解

总的来说，这一发现解释了 PINK1 在线粒体外膜上的稳定方式，并揭示了 TOM 复合体在 PINK1 信号传导中的关键作用。

小结

综上，该研究解析了人类 PINK1 在线粒体外膜上的稳定机制，并首次揭示了 TOM-VDAC 超大分子复合体在 PINK1 维持与激活中的关键作用。

研究发现，VDAC2 通过与 TOM 复合体及 PINK1 直接相互作用，形成稳定的支撑平台，确保 PINK1 以特定构象停留在线粒体外膜，而非被完全转运入线粒体基质。此外，PINK1 在 TOM-VDAC 复合体上形成二聚体，并通过二硫键交联维持稳定，为其自磷酸化和泛素信号传递创造了理想条件。该研究不仅为 PINK1 介导的线粒体自噬机制提供了结构基础，也为帕金森病（PD）的靶向治疗提供了潜在的新方向。

科研助力

帕金森病（Parkinson's disease，PD）是常见的慢性神经退行性运动障碍，影响着全球1%的70岁以上的人群，而现有的治疗方法仅仅在于处理其症状，但是不能延缓其进展。

根据抗PD 药物作用靶点可以分为多巴胺替代药物、多巴胺释放剂、单胺氧化酶-B（MAO-B）抑制剂、儿茶酚-O-甲基转移酶（COMT）抑制剂、多巴胺受体激动剂和辅助治疗药物（如抗胆碱能药物、抗组胺药物和抗抑郁药等）。

TargetMol 抗帕金森病化合物库收集了857 种具有抗帕金森病活性的化合物及靶向帕金森病主要靶点的化合物，可用于相关的药物开发和药理研究。