Hao-Yu Chuang, Ruei-Yu He, Yung-An Huang, Wan-Ting Hsu, Ya-Jen Cheng,
Zheng-Rong Guo, Niaz Wali, Ing-Shouh Hwang, Jiun-Jie Shie, and Joseph Jen-Tse Huang
Nat. Commun. 2024, 15, 5686

中央研究院 化學研究所 黃人則研究員

在細胞內，許多蛋白質會通過液-液相分離(LLPS)形成液滴狀(droplet)的結構，這些稱為凝聚體的小型液滴是細胞內化學反應的重要調節者。凝聚體不僅能提升反應效率，還能根據環境變化進行動態調整。然而，當這些液滴的性質異常時，可能導致疾病。例如，FUS蛋白（Fused in Sarcoma）參與DNA修復和RNA運輸等重要過程，但當其濃度過高或結構異常時，可能從液滴狀態轉變為固相聚集體。最新研究指出，FUS相變過程（phase transition）可能與肌萎縮性側索硬化症（ALS）密切相關。

本實驗室長期致力於ALS的相關研究，為了深入了解FUS蛋白的相變機制，研究團隊設計了一系列的光控胜肽（JSF1）。由於FUS蛋白液滴的形成主要依賴分子間的陽離子與π電子雲（cation-π）的作用力，我們在光控胜肽中引入富含陽離子與芬香環的氨基酸，使其能與FUS蛋白共同形成凝聚體。此外，光控胜肽中還包含具有可光解硝基苯基基團（nitrobenzyl moiety）的非天然氨基酸。光解後，胜肽易於聚集並形成纖維狀結構，進而誘導FUS蛋白的共聚物產生相變並引發細胞毒性。

這項研究不僅揭示了FUS蛋白在細胞內的相變機制，也結合胜肽化學與光學技術，為開發神經退化疾病的診斷與治療策略提供了全新的視角與可能性。