《Biocell》：Computational Tools Identify Novel Mechanisms for Feline Color-Pointed Phenotypes Based on Tyrosinase Mutations
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本研究针对猫科动物酪氨酸酶(TYR)突变导致毛色表型的分子机制尚不明确的问题，利用AlphaFold3计算工具对比分析了暹罗猫(G302R)、缅甸猫(G227W)、摩卡猫(delI274-L312+2aa)和白化猫(del401-529)四种突变体与野生型TYR的结构差异。研究发现信号肽(SP)区域的空间位移和氢键变化是导致蛋白质错误折叠的关键因素，而催化位点静电特性改变则影响酶功能。该研究为温度敏感性白化现象提供了结构生物学解释，对神经退行性疾病模型研究具有重要意义。
在猫科动物的世界里，暹罗猫独特的重点色表型一直吸引着科学家们的目光——它们的四肢、耳朵和面部呈现深色，而身体其他部位却颜色较浅。这种奇特现象的背后，隐藏着酪氨酸酶(TYR)的温度敏感性突变之谜。酪氨酸酶作为黑色素合成过程中的限速酶，其功能异常不仅影响毛发色素沉着，更与神经退行性疾病存在潜在关联。然而遗憾的是，由于哺乳动物酪氨酸酶全长结构解析的困难，这些突变导致表型的具体分子机制至今尚未明确。
发表在《Biocell》上的这项创新研究，采用计算生物学方法突破了传统结构生物学的局限。研究人员利用最新发布的AlphaFold3人工智能系统，对猫科动物酪氨酸酶的四种典型突变体进行了深入的结构比对分析，揭示了信号肽区域异常这一此前被忽视的关键因素。
研究团队主要运用了以下几项关键技术：AlphaFold3蛋白质结构预测系统用于构建野生型和突变体酪氨酸酶的三维模型；PyMol软件进行结构比对、测量和可视化分析；Molprobity工具生成Ramachandran图评估结构合理性；AutoDock Vina分子对接模拟分析底物结合特性；APBS静电势分析揭示催化位点电荷分布特征。所有分析基于公开数据库获取的猫、人和小鼠酪氨酸酶序列。
3.1.关键差异存在于猫、人和小鼠预测的AlphaFold3结构之间
通过物种间酪氨酸酶结构比对发现，猫科动物信号肽区域缺乏α-螺旋结构，且与人、小鼠相比存在显著空间位移差异，这种结构独特性可能是猫科特异性表型的基础。
3.2.AlphaFold3预测猫酪氨酸酶结构的可信度
尽管缺乏实验验证结构，AlphaFold3对猫酪氨酸酶的预测显示出较高的置信度(pTM=0.92)，特别是有序区域的结构预测可靠性为后续突变分析提供了坚实基础。
3.3.猫突变酪氨酸酶信号肽空间位移
最令人惊讶的发现是，所有突变体的信号肽区域都出现了显著的空间位移：缅甸猫突变体位移9?，暹罗猫突变体位移12.2?，而摩卡猫突变体位移高达34.6?。这种位移发生在信号肽切割位点之前，可能影响内质网翻译过程中的正确切割。
3.4.氢键变化揭示稳定性差异
氢键分析显示突变体信号肽区域的稳定性普遍降低，其中暹罗猫突变体氢键数量减少最多(从20个降至11个)，而摩卡猫突变体则出现了11个独特的氢键相互作用，这些变化可能影响信号识别颗粒(SRP)的结合效率。
3.5.底物对接揭示催化位点变化
L-酪氨酸分子对接实验表明，突变体催化位点与底物的结合能力出现不同程度下降，特别是摩卡猫突变体的对接亲和力从-6.0降至-5.7kcal/mol，这与观察到的毛色变浅表型相符。
3.6.静电分析揭示催化位点电荷变化
静电势分析发现摩卡猫突变体催化口袋由正电荷转为负电荷，这种电荷环境的改变可能进一步影响底物结合和催化效率。
研究结论部分明确指出，不同突变体表型的分子机制存在显著差异：缅甸猫主要保持酶功能完整性；摩卡猫表现为催化功能障碍为主；暹罗猫则以蛋白质错误折叠和内质网滞留为主要机制；而白化猫则完全丧失酶活性。这些发现不仅解释了猫科动物毛色多样性的分子基础，更重要的是为温度敏感性蛋白质错误折叠与神经退行性疾病的关联研究提供了新的思路。
特别值得关注的是，暹罗猫等重点色品种可能作为研究内质网应激诱导神经元损伤的天然模型。由于酪氨酸酶在黑色素合成和多巴胺生成中的双重作用，其错误折叠可能成为神经退行性疾病的早期触发事件。这项研究通过计算结构生物学方法，为理解蛋白质错误折叠疾病的分子机制开辟了新途径，对未来开发相关治疗策略具有重要启示意义。
