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朊蛋白疾病和帕金森症痴呆是两种常见的蛋白质构象病,严重危害人类的健康。虽然历经几十年的研究,人们仍然没有找到治疗这两种疾病的有效方法,主要原因在于其致病因子的结构及分子作用机制尚不清楚。研究表明,朊蛋白疾病和帕金森症痴呆的病理学过程非常复杂,其涉及的蛋白质通常呈现多种聚集状态(单体、寡聚体和纤维)并且聚集体之间存在复杂的相互作用。对于如此复杂的蛋白质聚集体系,常规的分析检测技术无法获得有效的结构信息,因而难以详细阐述疾病产生、发展或传播的分子机制。固体核磁共振是一种具有原子分辨率的,能够获得复杂蛋白质聚集体的三维结构和相互作用等信息的分析技术。以固体核磁共振为主要工具,结合分子动力学模拟,我们研究了与朊蛋白疾病相关的朊蛋白纤维的三维结构,进而阐述了朊蛋白疾病跨种属传播的分子机制;同时,我们研究了与帕金森症痴呆相关的α-synuclein与Aβ蛋白在不同聚集状态下的相互作用,并初步分析了可能的致病分子机制。本文的主要内容分为四个部分,前三个部分主要研究了与朊蛋白疾病相关的朊蛋白淀粉样纤维,第四部分研究了与帕金森症痴呆相关的α-synuclein单体/纤维与Aβ蛋白单体/纤维的相互作用。首先,为了研究朊蛋白疾病,我们利用基因表达技术获得了朊蛋白单体,并在不同的体外条件下制备了三种与朊蛋白错误折叠相关的朊蛋白样品,包括朊蛋白错误折叠中间体、朊蛋白寡聚体、朊蛋白纤维。为了分析错误折叠朊蛋白的聚集机制,我们用圆二色谱和固体核磁共振等手段,对这些朊蛋白样品进行了初步的结构分析,并筛选出了在分子水平上构象均一的朊蛋白纤维。通过进一步优化纤维的制备条件,我们获得了能提供分辨率好、信号强的固体核磁谱图的朊蛋白纤维样品,奠定了用固体核磁共振分析肮蛋白纤维的结构的基础。紧接着,我们采集并分析了一系列的固体核磁共振多维谱,归属朊蛋白纤维的54个残基,确定纤维的二级结构中包含5个β-折叠,并认为167-223片段是成核中心;提取了分子内和分子间的距离约束条件,以此确认了单体间的平行内对齐β-折叠的堆叠方式。基于这些结构模型为基础,结合朊蛋白突变体及截短体的交叉诱导纤维化的动力学数据,我们发现朊蛋白N-端23-88片段是影响纤维化速率的重要因素,并提出朊蛋白纤维自组装的分子机制。进一步,根据固体核磁共振解析的朊蛋白纤维的三维结构模型,我们设计了不同种属朊蛋白及其突变体,目的是通过体外实验模拟与朊蛋白疾病相关的跨种属传播的病理学过程。我们详细分析了鼠源mPrP23-230朊蛋白纤维诱导其他种属朊蛋白及其突变体的纤维化过程,并用分子动力学模拟分析了mPrP23-230朊蛋白纤维与其他种属朊蛋白单体间的相互作用位点及作用力,认为165位的空间位阻和167位的侧链氢键是影响跨种属诱导纤维化的主要因素。最终,我们提出了“以朊蛋白165/167位点为单体的构象转变起始点”的朊蛋白疾病跨种属传播的分子机制。最后,我们初步研究与帕金森症痴呆相关的α-synuclein蛋白与Aβ40蛋白相互作用的分子机制。通过核磁共振及纤维化实验,我们认为:在溶液条件下α-synuclein单体与Aβ40单体无明显相互作用;α-synuclein单体对延伸阶段的Aβ40的纤维化有抑制作用;α-synuclein纤维不但对延伸阶段的Aβ40的纤维化有促进作用,而且影响Aβ40纤维的结构。