分享一篇發(fā)表在Nature Chemical Biology上的文章，題目為“Small-molecule dissolution of stress granules by redox modulation benefits ALS models”，通訊作者是來自德國馬克斯·普朗克分子細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué)研究所的Richard J. Wheeler研究員和Tony Hyman研究員，研究方向分別是細(xì)胞運(yùn)動(dòng)與形態(tài)和相分離。
漸凍癥（ALS）是一種致命的神經(jīng)退行性疾病，主要影響運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，導(dǎo)致患者逐漸失去肌肉控制能力，最終因呼吸衰竭而死亡。目前，漸凍癥的治療手段極為有限，僅有兩種藥物獲得FDA批準(zhǔn)，但這些藥物無法阻止疾病的發(fā)展。因此，探索新的治療途徑對(duì)于改善漸凍癥患者的預(yù)后至關(guān)重要。此前研究表明許多與家族性漸凍癥相關(guān)的突變都發(fā)生在RNA結(jié)合蛋白中，如TDP-43和FUS。這些蛋白具有大段的內(nèi)在無序區(qū)域（IDRs），在正常情況下主要定位于細(xì)胞核中，參與基因表達(dá)調(diào)控和DNA損傷響應(yīng)。然而，在細(xì)胞應(yīng)激時(shí)，它們會(huì)被轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)中，并與mRNA 等其他分子一起形成應(yīng)激顆粒。而漸凍癥相關(guān)的FUS和TDP-43 突變體則可能導(dǎo)致應(yīng)激顆粒的異常相變，使得應(yīng)激顆粒難以在應(yīng)激解除后溶解，從而將核蛋白困在細(xì)胞質(zhì)中，引發(fā)神經(jīng)退行性病變。在本文中，作者通過篩選發(fā)現(xiàn)硫辛酰胺能抑制蛋白的聚集并改善神經(jīng)退行性疾病。
首先作者采用了一種基于細(xì)胞的篩選方法。他們構(gòu)建了融合表達(dá)GFP的FUS蛋白（FUS-GFP）的 HeLa 細(xì)胞系，利用高內(nèi)涵成像策略對(duì) Pharmakon 文庫中的1600個(gè)小分子進(jìn)行了篩選。從中，他們篩選出了能夠顯著減少應(yīng)激顆粒數(shù)量的47個(gè)化合物。隨后，他們又通過低鹽和還原的策略篩選直接影響應(yīng)激顆粒蛋白的化合物。其中，作者發(fā)現(xiàn)硫辛酰胺能夠在砷酸鹽誘導(dǎo)的情況下顯著的抑制FUS形成應(yīng)激顆粒。隨后作者又采用N15標(biāo)記的策略和衍生光交聯(lián)基團(tuán)的策略驗(yàn)證了硫辛酰胺在處理時(shí)確實(shí)能夠進(jìn)入到細(xì)胞內(nèi)部并與應(yīng)激顆粒共定位。
接下來，作者合成了一系列與硫辛酰胺相似的化合物來研究構(gòu)效關(guān)系（SAR）。他們發(fā)現(xiàn)硫辛酸的R/S異構(gòu)體表現(xiàn)出相似的EC50，表明構(gòu)型的影響較小，而氨基部分轉(zhuǎn)化為三級(jí)胺則會(huì)升高EC50。此外，他們也發(fā)現(xiàn)硫辛酰胺中的二硫戊環(huán)是活性所必須的，將其驗(yàn)證為穩(wěn)定的硫醚則會(huì)顯著降低活性，因此他們猜測硫辛酰胺可能是通過氧化還原過程發(fā)揮功能。
隨后，作者通過TPP實(shí)驗(yàn)探究了硫辛酰胺發(fā)揮功能過程中的直接相互作用蛋白。其中，作者發(fā)現(xiàn)硫辛酰胺和砷酸鹽處理導(dǎo)致 70 種蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性顯著增加。通過RNAi的篩選策略，作者發(fā)現(xiàn)富含脯氨酸和谷氨酰胺的剪接因子（SFPQ）以及富含絲氨酸/精氨酸的剪接因子1（SRSF1）的敲低能夠影響硫辛酰胺的功能。
由于此前研究表明甲硫氨酸的氧化還原狀態(tài)可調(diào)控相分離過程，而作者通過序列分析發(fā)現(xiàn)SFPQ中含有28個(gè)甲硫氨酸。因此，作者通過非天然氨基酸插入的方式將SFPQ中的M替換為了非天然氨基酸AHA，結(jié)果表明AHA的插入確實(shí)會(huì)減少應(yīng)激顆粒的形成，而敲低SFPQ則可挽救這一表型，表明是該蛋白依賴的。最終，作者也證明了谷氨酰胺確實(shí)能夠減輕家族性 ALS 模型中的 ALS 表型。
總的來說，作者通過基于細(xì)胞的化合物篩選策略發(fā)現(xiàn)硫辛酰胺能夠抑制應(yīng)激顆粒的形成，并起到改善神經(jīng)退行性疾病的作用。
本文作者：WYQ
責(zé)任編輯：MB
DOI：10.1038/s41589-025-01893-5
原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41589-025-01893-5
