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。該研究由中國科學院腦科學與智能技術卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學研究所）、神經(jīng)科學國家重點實驗室劉靜宇研究組、竺淑佳研究組和華中科技大學合作完成。研究結果顯示，PiT2-loop7結構域錯義突變通過影響PiT2磷酸化而阻礙其向細胞表面轉(zhuǎn)運，引起細胞磷穩(wěn)態(tài)失衡，從而導致原發(fā)性家族性腦鈣化（primary familial brain calcification，PFBC），揭示了PiT2-loop7結構域磷酸化修飾對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動障礙、認知障礙、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＋）的濃度梯度將細胞外的無機磷（Pi）轉(zhuǎn)運至細胞內(nèi)，維持細胞Pi穩(wěn)態(tài)。該基因突變導致腦內(nèi)Pi穩(wěn)態(tài)失衡是PFBC的致病基礎。

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

為探究PiT2-loop7結構域錯義突變導致PFBC發(fā)生的分子機制，科研人員以該結構域錯義突變p.T390A和p.S434W為主要研究對象， 同時以PD結構域錯義突變p.S121C和p.S601W為對照，通過放射性Pi吸收和電生理實驗證實，PiT2-loop7結構域錯義突變與PD結構域錯義突變類似，均可影響PiT2蛋白Pi轉(zhuǎn)運；進一步親和力檢測發(fā)現(xiàn)，PiT2-loop7結構域p.T390A和p.S434W突變不影響PiT2與底物Pi和Na＋的結合，而PD結構域p.S121C和p.S601W突變影響PiT2與底物Pi而非Na＋的結合。結合生物信息學分析、免疫印跡和免疫熒光實驗發(fā)現(xiàn)，PiT2-loop7結構域p.T390A和p.S434W突變分別影響AMPK和AKT介導的PiT2磷酸化，進而影響PiT2在細胞膜上的定位。在PFBC患者中發(fā)生在PiT2-loop7結構域其它錯義突變（p.S283R、p.R382Q和p.H399P）也是通過影響PiT2磷酸化和細胞膜定位而降低PiT2轉(zhuǎn)運活性引發(fā)PFBC。

該研究證實PiT2-loop7結構域錯義突變影響磷酸化調(diào)節(jié)的PiT2細胞膜定位而降低細胞Pi轉(zhuǎn)運活性；而PD結構域錯義突變干擾PiT2與底物Pi的結合，使細胞Pi轉(zhuǎn)運活性受損（圖1）。該研究加深了對PFBC致病機制的理解，并為相關治療藥物的研發(fā)提供了理論基礎。

研究工作得到國家自然科學基金委員會、科技部、上海市的資助。

論文鏈接

中科院在原發(fā)性家族性腦鈣化研究中取得進展-肽度TIMEDOO

　　PiT2不同結構域突變導致細胞Pi穩(wěn)態(tài)失衡的預測模型。（A）在生理條件下，Pi轉(zhuǎn)運過程中活化的AMPK和AKT介導PiT2磷酸化，進而促進其在細胞膜上的定位并發(fā)揮其Pi轉(zhuǎn)運功能；（B，C）在病理條件下，PiT2-loop7結構域錯義突變p.T390A和p.S434W可以通過影響AMPK和AKT介導的PiT2磷酸化，降低PiT2的上膜，進而導致Pi穩(wěn)態(tài)失衡（B），而PD結構域錯義突變p.S121C和p.S601W可以通過影響PiT2與底物Pi的結合，進而導致Pi穩(wěn)態(tài)失衡（C）

來源： 中科院