Scientific Reports ( IF 3.8 ) Pub Date : 2023-02-06 , DOI: 10.1038/s41598-023-28381-x
Akshatha Ganne 1 , Meenakshisundaram Balasubramaniam 1, 2, 3 , Haarika Ayyadevara 4 , Lily Kiaei 5, 6 , Robert J Shmookler Reis 1, 2, 3 , Kottayil I Varughese 7 , Mahmoud Kiaei 6, 8, 9
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肌萎缩侧索硬化症 (ALS) 是一种无情的进行性和退行性运动神经元疾病,目前尚无治愈方法。确定神经毒性机制和 ALS 相关突变( SOD1、FUS、TARDP、C9ORF72、PFN1、TUBA4A)影响的研究和其他人)极大地扩展了我们对 ALS 疾病机制的了解,并帮助确定了 ALS 治疗的潜在目标。细胞病理学(例如,SOD1、TDP43、FUS、Ubiqulin2、PFN1 和 C9ORF72 的突变形式的聚集)、线粒体功能障碍、神经炎症和氧化损伤是涉及 ALS 的主要途径。然而,运动神经元的选择性脆弱性仍然无法解释。微管蛋白对于长轴突结构的重要性,以及运动神经元的特殊形态和功能,强调了细胞骨架的核心作用。最近将微管蛋白 α 链 TUBA4A 突变与家族性和散发性 ALS 病例联系起来,为阐明 ALS 机制和运动神经元的脆弱性提供了新的调查机会。在当前的研究中,我们研究了 TUBA4A,一种结构性微管蛋白,具有导致家族性肌萎缩侧索硬化的突变,使用蛋白质结构的分子动力学 (MD) 建模来预测每个突变的影响及其对 GTP 结合、链稳定性、微管蛋白组装的总体影响和聚集倾向。这些研究预测,报告的每个突变都会引起 TUBA4A(α 链)三级蛋白质结构的显着结构变化,对其物理特性和功能产生不利影响。分子对接和 MD 模拟表明某些 α 链突变(例如 K430N、R215C 和 W407X)可能导致损害 GTP 结合的结构偏差,并可能阻止或破坏微管蛋白聚合。此外,几个突变(包括 R320C 和 K430N)使 TUBA4A 突变体相对于野生型的预测聚集倾向显着增加。综上所述,这些计算机建模研究预测 GTP 结合的结构扰动和破坏,最终未能形成稳定的微管蛋白异质复合物,这可能提供了触发 ALS 运动神经元退化的重要致病机制。

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