6月17日，Neuroscience Bulletin在線發(fā)表了題為Mechanisms of PiT2-loop7 Missense Mutations Induced Pi Dyshomeostasis的研究論文。該研究由中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學(xué)研究所）、神經(jīng)科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉靜宇研究組、竺淑佳研究組和華中科技大學(xué)合作完成。研究結(jié)果顯示，PiT2-loop7結(jié)構(gòu)域錯(cuò)義突變通過影響PiT2磷酸化而阻礙其向細(xì)胞表面轉(zhuǎn)運(yùn)，引起細(xì)胞磷穩(wěn)態(tài)失衡，從而導(dǎo)致原發(fā)性家族性腦鈣化（primary familial brain calcification，PFBC），揭示了PiT2-loop7結(jié)構(gòu)域磷酸化修飾對PiT2生理功能的重要影響。

PFBC是一種以基底神經(jīng)節(jié)和/或其它腦區(qū)對稱性鈣化為主要特征的具有高度遺傳和臨床異質(zhì)性的神經(jīng)退行性疾病，患者臨床癥狀主要包括運(yùn)動(dòng)障礙、認(rèn)知障礙、神經(jīng)精神障礙以及頭痛等，目前沒有有效治療方法。SLC20A2是PFBC最主要的致病基因，該基因編碼的PiT2蛋白能夠依賴鈉離子（Na^＋）的濃度梯度將細(xì)胞外的無機(jī)磷（Pi）轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞內(nèi)，維持細(xì)胞Pi穩(wěn)態(tài)。該基因突變導(dǎo)致腦內(nèi)Pi穩(wěn)態(tài)失衡是PFBC的致病基礎(chǔ)。

PiT2由652個(gè)氨基酸組成，包含兩個(gè)分別位于其N端和C端的PD結(jié)構(gòu)域以及一個(gè)位于兩者之間由248個(gè)氨基酸組成的胞內(nèi)親水結(jié)構(gòu)域（PiT2-loop7）。研究表明，PD結(jié)構(gòu)域在Pi轉(zhuǎn)運(yùn)過程中發(fā)揮重要作用，而PiT2-loop7結(jié)構(gòu)域功能知之甚少。目前已發(fā)現(xiàn)147個(gè)SLC20A2致病突變大部分分布在PD結(jié)構(gòu)域；部分突變發(fā)生在PiT2-loop7結(jié)構(gòu)域，并且大多是移碼或無義突變，引起C端PD結(jié)構(gòu)域喪失。上述與PD結(jié)構(gòu)域相關(guān)的突變引起PiT2蛋白Pi轉(zhuǎn)運(yùn)活性下降，導(dǎo)致細(xì)胞外Pi積累而引發(fā)PFBC；曾有研究顯示，PiT2-loop7結(jié)構(gòu)域刪除不影響PiT2蛋白Pi轉(zhuǎn)運(yùn)功能，發(fā)生在PiT2-loop7結(jié)構(gòu)域的錯(cuò)義突變（p.S283R、p.R382Q、p.T390A、p.H399P和p.S434W）如何導(dǎo)致PFBC發(fā)生？

為探究PiT2-loop7結(jié)構(gòu)域錯(cuò)義突變導(dǎo)致PFBC發(fā)生的分子機(jī)制，科研人員以該結(jié)構(gòu)域錯(cuò)義突變p.T390A和p.S434W為主要研究對象， 同時(shí)以PD結(jié)構(gòu)域錯(cuò)義突變p.S121C和p.S601W為對照，通過放射性Pi吸收和電生理實(shí)驗(yàn)證實(shí)，PiT2-loop7結(jié)構(gòu)域錯(cuò)義突變與PD結(jié)構(gòu)域錯(cuò)義突變類似，均可影響PiT2蛋白Pi轉(zhuǎn)運(yùn)；進(jìn)一步親和力檢測發(fā)現(xiàn)，PiT2-loop7結(jié)構(gòu)域p.T390A和p.S434W突變不影響PiT2與底物Pi和Na^＋的結(jié)合，而PD結(jié)構(gòu)域p.S121C和p.S601W突變影響PiT2與底物Pi而非Na^＋的結(jié)合。結(jié)合生物信息學(xué)分析、免疫印跡和免疫熒光實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，PiT2-loop7結(jié)構(gòu)域p.T390A和p.S434W突變分別影響AMPK和AKT介導(dǎo)的PiT2磷酸化，進(jìn)而影響PiT2在細(xì)胞膜上的定位。在PFBC患者中發(fā)生在PiT2-loop7結(jié)構(gòu)域其它錯(cuò)義突變（p.S283R、p.R382Q和p.H399P）也是通過影響PiT2磷酸化和細(xì)胞膜定位而降低PiT2轉(zhuǎn)運(yùn)活性引發(fā)PFBC。

該研究證實(shí)PiT2-loop7結(jié)構(gòu)域錯(cuò)義突變影響磷酸化調(diào)節(jié)的PiT2細(xì)胞膜定位而降低細(xì)胞Pi轉(zhuǎn)運(yùn)活性；而PD結(jié)構(gòu)域錯(cuò)義突變干擾PiT2與底物Pi的結(jié)合，使細(xì)胞Pi轉(zhuǎn)運(yùn)活性受損（圖1）。該研究加深了對PFBC致病機(jī)制的理解，并為相關(guān)治療藥物的研發(fā)提供了理論基礎(chǔ)。

研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會、科技部、上海市的資助。

論文鏈接

　　PiT2不同結(jié)構(gòu)域突變導(dǎo)致細(xì)胞Pi穩(wěn)態(tài)失衡的預(yù)測模型。（A）在生理?xiàng)l件下，Pi轉(zhuǎn)運(yùn)過程中活化的AMPK和AKT介導(dǎo)PiT2磷酸化，進(jìn)而促進(jìn)其在細(xì)胞膜上的定位并發(fā)揮其Pi轉(zhuǎn)運(yùn)功能；（B，C）在病理?xiàng)l件下，PiT2-loop7結(jié)構(gòu)域錯(cuò)義突變p.T390A和p.S434W可以通過影響AMPK和AKT介導(dǎo)的PiT2磷酸化，降低PiT2的上膜，進(jìn)而導(dǎo)致Pi穩(wěn)態(tài)失衡（B），而PD結(jié)構(gòu)域錯(cuò)義突變p.S121C和p.S601W可以通過影響PiT2與底物Pi的結(jié)合，進(jìn)而導(dǎo)致Pi穩(wěn)態(tài)失衡（C）

來源： 中科院