《Scientific Reports》：SH3BGRL proteins are thioredoxin fold–containing actin filament pointed end capping proteins (TPECs)
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本研究针对SH3BGRL蛋白家族在肌动蛋白动力学中的未知功能，通过综合运用生物化学、分子动力学模拟和单分子成像技术，首次系统证实SH3BGRL异构体可作为高效的肌动蛋白丝负极盖帽蛋白（TPECs）。研究发现该家族蛋白能特异性抑制肌动蛋白亚基在负极的添加（KD=31-85 nM），并与原肌球调节蛋白（tropomodulin）协同稳定细胞骨架网络，为理解非肌肉细胞中肌动蛋白动力学调控提供了新范式。
在细胞的生命活动中，肌动蛋白细胞骨架的动态重组犹如一场精妙的分子芭蕾，其精确调控依赖于众多肌动蛋白结合蛋白的协同作用。然而，在这幅复杂的调控图谱中，SH3BGRL蛋白家族长期扮演着神秘角色——这些普遍表达且具有典型硫氧还蛋白（thioredoxin）折叠结构的小分子蛋白，虽在进化上高度保守，却因缺乏传统催化活性位点而功能成谜。近年来的线索逐渐将这一家族与肌动蛋白细胞骨架联系起来：冷冻电镜研究意外发现SH3BGRL-2异构体嵌入红细胞血影蛋白-肌动蛋白复合物的肌动蛋白丝负极，而蛋白质组学数据则提示其可能参与肿瘤细胞迁移等过程。这些发现引出一个核心科学问题：SH3BGRL蛋白家族是否通过某种未知机制参与肌动蛋白动力学的精细调控？
为解开这一谜团，汉诺威医学院生物物理化学研究所的Robin S. Heiringhoff等研究人员在《Scientific Reports》上发表了系统性的机制研究。团队首先通过生物信息学分析发现，SH3BGRL蛋白与酿酒酵母中肌动蛋白相互作用蛋白5（Aip5）的C端区域具有显著结构同源性（TM-score=0.77），暗示其可能采用相似的肌动蛋白结合机制。为确保后续生化研究的可靠性，研究人员利用分析超速离心技术精确确定了三种人源SH3BGRL异构体（SH3BGRL/SH3BGRL-2/SH3BGRL-3）在溶液中的单体状态，沉降系数s20,w分别为1.55 S、1.49 S和1.41 S，计算的摩尔质量与理论值高度吻合，澄清了此前关于SH3BGRL-3可能形成寡聚体的争议。
通过分子动力学模拟（500 ns全原子模拟）和接触分析，研究团队精细解析了SH3BGRL异构体与肌动蛋白丝负极的相互作用界面。模拟结果显示，所有异构体均通过保守的硫氧还蛋白折叠与肌动蛋白丝末端两个原体（P和P-1）形成稳定接触，其中Zone 1（A8-K17区域）主要与P-1原体相互作用，Zone 2（α螺旋1和3）富含带电残基并与末端P原体结合，而SH3BGRL和SH3BGRL-2特有的C端延伸区（Cterm）则构成第三个相互作用模块。特别值得注意的是，尽管序列存在差异，三种异构体与负极的结合模式高度相似，但SH3BGRL-3因α螺旋1的轻微倾斜导致其与肌动蛋白的接触数量相对较少。
功能实验揭示了SH3BGRL蛋白的双重调控特性。在吡啶肌动蛋白（pyrene-actin）批量聚合实验中，SH3BGRL和SH3BGRL-3表现出典型的肌动蛋白成核促进活性——它们浓度依赖性地缩短聚合反应的滞后时间，并将净聚合速率提高达3倍。通过计算反应过程中 filament end concentration 的动态变化，研究人员确认这种促进作用主要源于对肌动蛋白成核步骤的增强。然而，当实验体系中含有过量profilin-1时，SH3BGRL的成核活性被完全抑制，这与mDia1形成鲜明对比，表明其成核机制不依赖于profilin-actin复合物的招募。
为区分成核与伸长效应，研究团队采用全内反射荧光显微镜（TIRFM）进行单丝分析。结果显示，在1μM ATTO-488标记的α-肌动蛋白体系中，SH3BGRL-3浓度依赖性地将成核速率（knuc）提升6.7倍（5μM时），但对丝状体伸长速率（约28 nm/s）无显著影响。当使用重组人源β-肌动蛋白重复实验时，SH3BGRL-3的成核促进效应更为显著，证明该家族蛋白对不同肌动蛋白异构体均具有调控能力。
最关键的发现来自于对肌动蛋白丝负极特异性的功能表征。通过建立 barbed end 封端的 pointed end 伸长实验体系，研究人员发现SH3BGRL和SH3BGRL-3能以纳摩尔级亲和力（KD分别为85±5.2 nM和31.0±2.2 nM）高效抑制负极伸长，其效力与经典负极盖帽蛋白Tmod3（KD=180±10.6 nM）相当。然而在解聚实验中，两种SH3BGRL异构体保护负极抵抗亚基丢失的能力显著弱于Tmod3，需要微摩尔浓度（K50%≈7.6-7.7μM）才能达到半最大抑制效果，提示其结合虽能空间阻碍亚基添加，但不足以显著减缓亚基解离。
协同实验进一步揭示了SH3BGRL与tropomodulin的功能互作。当同时存在0.375μM Tmod3时，SH3BGRL对负极解聚的抑制效果显著增强，且表观亲和力提升（K50%降低），表现出正协同效应；而SH3BGRL-3虽增强抑制效果却未改变K50%值。分子动力学模拟帧与实验结构的叠加显示，SH3BGRL的C端延伸区与tropomodulin空间邻近且无显著立体冲突，为二者形成三元复合物提供了结构基础。
本研究主要采用七项关键技术：分析超速离心技术（确定蛋白寡聚化状态）、分子动力学模拟（分析蛋白-肌动蛋白相互作用界面）、吡啶肌动蛋白批量聚合实验（检测肌动蛋白成核和伸长动力学）、全内反射荧光显微镜单丝分析（实时观测单根肌动蛋白丝成核和伸长）、pointed end特异性伸长/解聚实验（测定负极盖帽活性）、等温滴定微量热技术（未在文中详细描述但用于亲和力测定）以及蛋白质结构预测（AlphaFold3和AlphaFold-Multimer用于复合物建模）。
SH3BGRL蛋白不与G-肌动蛋白发生直接相互作用
通过核苷酸解离实验、分析尺寸排阻色谱和沉降速度分析，研究人员证实SH3BGRL异构体与单体G-肌动蛋白无显著亲和力。特别是在沉降实验中，10μM LatB处理的G-肌动蛋白在SH3BGRL或SH3BGRL-3存在下保持3.3 S的沉降系数不变，明确排除稳定复合物形成。
SH3BGRL异构体通过硫氧还蛋白折叠与F-肌动蛋白负极形成特征性界面
分子动力学模拟表明，所有SH3BGRL异构体均通过保守的硫氧还蛋白折叠与肌动蛋白丝末端两个原体结合，其中C端区域是区分异构体相互作用的关键结构域。SH3BGRL和SH3BGRL-2通过较长的C端与肌动蛋白形成额外接触，而SH3BGRL-3因缺乏该区域呈现简化界面。
SH3BGRL蛋白具有弱肌动蛋白成核活性但不影响barbed end伸长
批量聚合和TIRFM实验一致显示，SH3BGRL异构体能促进肌动蛋白成核但不改变丝状体伸长速率。这种成核活性在profilin存在时被完全抑制，且效力远低于含WH2结构域的经典成核剂，提示其生理成核功能可能需要局部高浓度。
SH3BGRL蛋白是高效的肌动蛋白丝负极伸长抑制剂
Pointed end伸长实验证实SH3BGRL和SH3BGRL-3能以纳摩尔级亲和力抑制负极亚基添加，但其保护负极抵抗解聚的能力较弱（微摩尔级有效浓度），表明其盖帽机制主要针对聚合过程而非稳定已形成的丝状体。
SH3BGRL与tropomodulin在负极调控中表现出协同效应
解聚实验显示SH3BGRL与Tmod3可同时结合肌动蛋白丝负极，其中SH3BGRL与Tmod3的协同作用尤为显著。结构分析提示这种协同可能源于SH3BGRL C端与tropomodulin的额外相互作用。
本研究最终提出将SH3BGRL蛋白家族重新命名为"含硫氧还蛋白折叠的肌动蛋白丝负极盖帽蛋白"（TPECs），这一命名既反映了其核心生物学功能，又突出了特征性结构域。该发现不仅解决了该蛋白家族长期未知的功能问题，更揭示了硫氧还蛋白折叠作为肌动蛋白结合模块的进化保守性——从酵母Aip5到人类SH3BGRL家族，这一结构域可能代表了一类跨物种保守的细胞骨架调控机制。特别值得注意的是，SH3BGRL与tropomodulin的协同作用提示其在特定细胞环境（如神经元膜周期性骨架）中可能通过形成多元复合物精细调控肌动蛋白动力学，为理解细胞形态发生、迁移和机械信号转导提供了新的分子框架。这项研究通过多学科方法融合，成功将结构预测与功能验证相结合，为探索"非酶活性"硫氧还蛋白折叠蛋白的生物学功能树立了新范式。
