LRRK2新型变体p.[Leu119Pro;Leu488Pro]通过增强RAB8A结合力驱动家族性帕金森病的分子机制研究

时间：2025年6月8日

来源：npj Parkinson's Disease

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本研究揭示LRRK2基因ARM结构域新型双突变p.[Leu119Pro;Leu488Pro]通过特异性增强与RAB8A（而非RAB10）的相互作用，导致家族性帕金森病（PD）的发病机制。结合临床队列分析、计算模拟（PELE/pyDock）和细胞实验（PLA），证实该变体通过变构效应改变蛋白结合特性，为LRRK2非催化区变体的致病机制提供了新见解。

帕金森病（Parkinson's disease, PD）作为第二大神经退行性疾病，其遗传机制一直是研究热点。尽管已知富含亮氨酸重复激酶2（LRRK2）基因的催化结构域（如激酶区）突变可通过增加磷酸化活性致病，但非催化区（如ARM结构域）变体的作用机制仍不明确。更棘手的是，部分携带LRRK2变体的患者缺乏典型路易小体病理特征，反而呈现阿尔茨海默病样tau蛋白沉积，这种异质性使基因诊断和靶向治疗面临挑战。

为解析这一难题，来自西班牙Hospital Fundación Alcorcón等机构的研究团队发现了一个特殊的PD家系：先证者（II-6）及其亲属呈现典型的常染色体显性遗传模式，但神经病理学检查却显示黑质神经元丢失伴tau缠结，而无α-突触核蛋白沉积。通过靶向测序，研究人员首次鉴定出LRRK2基因ARM结构域的双突变等位基因p.[Leu119Pro;Leu488Pro]，该变体与疾病共分离且携带者外显率呈现年龄依赖性。值得注意的是，部分成员同时携带GBA1基因大片段缺失（del exon4-11），这可能加速认知衰退的表型进展。

研究采用多学科交叉策略：临床层面，通过UPDRS量表、Hoehn-Yahr分期等评估患者运动/认知功能；分子层面，利用HEK293细胞表达重组蛋白，通过邻近连接实验（PLA）发现突变体LRRK2^{Leu119Pro;Leu488Pro}
与内源性RAB8A（而非RAB10）的相互作用显著增强（P<0.0001）；计算生物学层面，采用pyDock刚性对接、PELE蒙特卡洛采样和拉伸分子动力学（SMD）模拟，揭示突变通过局部（残基119）和变构（残基301）效应改变结合界面特性，使RAB8A结合能降低至-87.8 kcal/mol（野生型仅-65 kcal/mol），拉力实验证实解离所需力值提升28%。这些发现发表于《npj Parkinson's Disease》，为ARM结构域变体通过选择性干扰RAB通路致病提供了直接证据。

主要技术方法包括：1）靶向测序和长片段PCR鉴定LRRK2/GBA1变异；2）位点定向突变构建pDEST53-LRRK2^{Leu119Pro;Leu488Pro}
质粒；3）邻近连接实验（PLA）定量蛋白互作；4）基于8FO2模板的同源建模和分子动力学优化结构；5）Masif界面预测与pyDock/PELE/SMD多尺度模拟。

研究结果部分：
临床和遗传发现：家系分析显示p.[Leu119Pro;Leu488Pro]与PD共分离，先证者神经病理呈A2B2C2级AD样tau病变。AMP-PD数据库显示p.Leu119Pro在西班牙PD人群富集（0.59%）。

体外和计算研究：DynaMut2预测双突变使蛋白稳定性△△G降低1.89 kcal/mol；PLA实验显示LRRK2^{Leu119Pro;Leu488Pro}
-RAB8A互作信号增加2.3倍（P<0.0001），而RAB10无差异。

分子对接分析：pyDock显示突变体在残基301区域的结合构象增加50%（453/1000 vs 野生型302/1000），SMD模拟证实解离力从1100 kJ/mol nm²
升至1500 kJ/mol nm²
。

结论与讨论指出：1）ARM结构域变体可通过变构调控选择性增强特定RAB蛋白（如RAB8A）结合，这种"底物偏好性"不同于催化区变体的广谱磷酸化激活；2）RAB8A与PINK1/α-synuclein的已知关联提示其可能通过线粒体-溶酶体轴参与神经变性；3）GBA1缺失的共现可能通过溶酶体功能障碍加速表型，但LRRK2变体仍是主要致病因素。该研究为开发针对LRRK2-RAB互作界面的精准疗法提供了新靶点，并强调非催化区变体在遗传咨询中的重要性。