【编者按】
PMEL淀粉样蛋白作为调控色素沉着的重要分子，其结构解析一直是生命科学领域的难点。最新研究通过冷冻电镜技术首次揭示了该蛋白核心区域的高分辨率结构，并深入探讨致病突变对其功能的影响。这一突破不仅为理解黑色素沉积机制提供了关键结构基础，也为相关皮肤疾病的研究开辟了新视角。
PMEL淀粉样蛋白结构与功能
PMEL淀粉样蛋白作为黑色素在黑色素体中沉积的重要支架，在色素沉着中起着关键作用。尽管其重要性不言而喻，但PMEL淀粉样蛋白的高分辨率结构一直未能解析。
冷冻电镜结构解析
利用冷冻电子显微镜，我们确定了野生型PMEL淀粉样蛋白核心的近原子分辨率结构，揭示了具有结构特征的两种不同多晶型形式。我们进一步研究了与色素分散综合征（PDS）相关的致病性G175S突变。
“结构分析显示，G175S引入了一个额外的氢键，稳定了另一种原纤维构象。”
突变体聚合效率显著提升
在体外实验中，G175S突变体表现出比野生型高四倍的聚合效率。在细胞中，G175S表达导致细胞内淀粉样蛋白含量增加两倍，细胞外淀粉样蛋白增加约70%，而不改变黑色素体形态或数量。
“这些结果表明，G175S突变增强了黑色素体内的淀粉样蛋白生成，增加了淀粉样蛋白负荷，可能参与PDS的病理生理过程。”
体外聚合实验验证
对纯化的蛋白质进行体外聚合实验，使用冷冻电镜和硫黄素T（ThT）荧光分析所得淀粉样蛋白。
冷冻电镜分析显示，野生型CAF结构域聚合成的原纤维结构与天然PMEL淀粉样蛋白的多晶型1完全相同，证实体外聚合重现了天然原纤维结构。同样，G175S CAF结构域聚合成的原纤维与G175S天然淀粉样蛋白无法区分，进一步验证了从黑色素瘤细胞中提取的过程没有破坏淀粉样蛋白结构。
G175S突变体聚合效率分析
G175S突变体的聚合效率比野生型高约四倍，表现为ThT信号的快速增加。此外，G175S和野生型的聚合曲线均达到平台期，表明G175S突变体最终聚合淀粉样蛋白的产量比野生型高约四倍。
“G175S突变体淀粉样蛋白形成效率的提高与其结构改变一致，特别是额外的Ser175-Tyr159氢键可能产生的稳定效应。”
多晶型结构特征
我们对天然PMEL淀粉样蛋白的分析揭示了两种多晶型形式——多晶型1和多晶型2，均采用双原丝螺旋结构。尽管它们的β-折叠构型相似，但主链形态存在显著差异。
“多晶型2表现出一个内部空腔，这在多晶型1中不存在，导致结构更加松散。这种多晶型现象突显了PMEL淀粉样蛋白的结构可塑性。”