圖1. hnRNPA1 LCD澱粉樣纖維2.8 Å的冷凍電鏡結構

核不均一性核糖核蛋白A1（heterogeneous nuclear ribonucleoprotein A1，hnRNPA1）是一種多功能蛋白，並透過結合核轉運蛋白β2（Kapβ2）來進行核質運輸。hnRNPA1在RNA加工和代謝過程中起到關鍵作用，它在壓力刺激下會發生液-液相分離，並在壓力顆粒中行使功能。該過程的紊亂過程會導致hnRNPA1的功能異常會引發液-固相轉化，從而導致病理性的澱粉樣蛋白聚集，這與漸凍人症的發病密切相關。hnRNPA1的液-固相轉化過程，受到漸凍人症多個遺傳突變的直接影響，表明這一過程的重要病理作用。

在這項工作中，研究人員發現hnRNPA1會經歷液-固相轉化形成較強細胞毒性的不可逆澱粉樣聚集體。隨後，他們透過冷凍電子顯微鏡技術確定了hnRNPA1 LCD形成的致病澱粉樣纖維的2.8 Å高分辨結構（圖1）。有趣的是，這種不可逆澱粉樣纖維的核心區域由PY-NLS自組裝形成和穩定。而在正常生理條件下hnRNPA1在細胞核與細胞質間的轉運透過PY-NLS與Kapβ2的C端的直接結合而實現。與Kapβ2相互作用的PY-NLS關鍵氨基酸殘基 63FGNY266和273FGPM276等，在hnRNPA1固-液相轉化和致病澱粉樣纖維形成過程中至關重要（圖2）。因此，Kapβ2與PY-NLS的結合可以直接阻止其驅動hnRNPA1的澱粉樣纖維形成，這為Kapβ2在生理條件下抑制hnRNPA1澱粉樣纖維的聚集提供了結構上的解釋。此外，研究人員還發現，之前在家族性ALS和MSP患者中鑑定出的hnRNPA1突變均與hnRNPA1 LCD澱粉樣纖維核心形成及穩定性維持密切相關。

圖2. PY-NLS在Kapβ2複合體中以及hnRNPA1 LCD澱粉樣纖維中的結構分析

結合該團隊之前的研究工作，研究人員闡釋了hnRNPA1透過其LCD形成不同的結構來執行不同的功能。hnRNPA1在生理條件下透過PY-NLS與Kapβ2結合進行核質穿梭。而hnRNPA1 LCD在響應細胞訊號刺激之後參與應激顆粒的組裝，是透過多價相互作用和可逆澱粉樣蛋白相互作用驅動發生液-液相分離實現。在病理條件下（遺傳突變等），相分離過程調控紊亂或hnRNPA1與Kapβ2的結合親和力下降，會引起PY-NLS的暴露，從而導致hnRNPA1的液-固相轉化和病理性不可逆澱粉樣纖維的形成（圖3）。

圖3. hnRNPA1透過其LCD形成不同結構來適應不同功能的假設

上述工作近期發表在Nature Communications 雜誌上，文章的第一作者是中科院上海有機化學研究所生物與化學交叉中心博士研究生孫雲鵬和趙焜，通訊作者是劉聰研究員和李丹研究員。

The nuclear localization sequence mediates hnRNPA1 amyloid fibril formation revealed by cryoEM structure

Yunpeng Sun, Kun Zhao, Wencheng Xia, Guoqin Feng, Jinge Gu, Yeyang Ma, Xinrui Gui, Xia Zhang, Yanshan Fang, Bo Sun, Renxiao Wang, Cong Liu, Dan Li

Nat. Commun., 2020, 11, 6349, DOI: 10.1038/s41467-020-20227-8