研究进展:一系列神经退行性疾病,包括亨廷顿舞蹈症(HD)和脊髓小脑性共济失调,与突变蛋白中的异常聚谷氨酰胺(polyQ)扩增有关。例如,异常剪接和蛋白切割产生亨廷顿外显子 1(HttEx1)片段,容易聚集成b-淀粉样蛋白或淀粉样蛋白的原纤维。值得注意的是,突变的HttEx1原纤维含有野生型非致病性蛋白质无法进入的b-发夹构象。因此,b-发夹的形成在成核和聚集过程中起着关键作用,与疾病的发生密切相关。详细理解聚集过程中的分子变化对于干预或阻断蛋白质聚集策略的构建具有重要意义。光响应策略具有高度的时间和空间可控性,通过引入光响应的b-发夹稳定基序,将假设的b-发夹折叠置于外部动态控制之下,这些基序可以在支持和不支持b-发夹折叠之间切换。例如,偶氮苯光开关作为一类典型的光响应分子,已经被用于探索b-发夹在其他淀粉样肽聚集中的作用。解决方案:在本文中,作者成功设计并合成了一种新的基于氨基酸的偶氮苯AMPO,并将光敏b-转模拟物引入至多肽骨架以实现对b-发夹形成的时空控制。这种新的偶氮苯基b-转模拟物在掺入polyQ多肽骨架之前和之后均显示出优异的光异构化性质(图1)。电子显微镜和固体核磁共振(ssNMR)结果表明偶氮苯-polyQ肽的两种异构体显示出不同的polyQ肽原纤维聚集结构(图2)。值得注意的是,顺式polyQ-AMPO异构体成功地复制了典型的polyQ淀粉样蛋白结构,而反式则不能。总之,polyQ-AMPO成功地对这些淀粉样肽的单体和纤维结构进行了光化学控制(图3)。AMPO光开关为研究b-发夹形成在淀粉样蛋白形成的成核和增殖中的作用开辟了新的途径。
图1:(a)新型偶氮苯基氨基酸AMPO在紫外线和可见光下的反式和顺式切换;(b)polyQ-AMPO的结构;(c)polyQ-AMPO的抗疲劳性测试。
图2:(a)谷氨酰胺化学结构,标明碳和氢命名法。(二)polyQ-AMPO的顺式和反式构型的1H 1D溶液态核磁共振谱图;(b)polyQ-AMPO的顺式和反式构型的TEM图像。
图3:顺式和反式polyQ-AMPO的示意图以及顺式polyQ-AMPO原纤维的3D模型。
结论:本文成功构建了一种新型的偶氮苯基b-转模拟物,并将其引入多肽中,实现了光控淀粉样蛋白的聚集。这一策略能够更好地破译b-发夹结构在HD和其他淀粉样蛋白相关神经退行性疾病的蛋白质聚集过程中的作用。
参考文献:van der Wel, P. C. A. et al. Photocontrol
of the β-Hairpin Polypeptide Structure through an Optimized Azobenzene-Based
Amino Acid Analogue. J. Am. Chem. Soc.2024, DOI: 10.1021/jacs.3c11155.