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铜锌超氧化物歧化酶(SOD1)和TARDNA结合蛋白43kDa(TDP-43)的异常翻译后修饰及淀粉样积聚的形成与肌萎缩脊髓侧索硬化症(ALS)密切相关。过氧化氢(H2O2)是SOD1的催化产物之一,它在SOD1和TDP-43蛋白形成淀粉样积聚过程中的调控作用目前还不清楚。因此,我们研究了病理浓度(20-200μM)H2O2对SOD1和TDP-43蛋白错误折叠以及细胞毒性的影响。研究发现,无论是在体外还是在细胞中,病理浓度H2O2都可以诱导SOD1形成纤维样的聚集体。用基于dimedone的检测次磺酸化的抗体结合质谱实验进行检测,可以发现经由病理浓度H2O2处理以后,无论是体外还是细胞中SOD1的111位半胱氨酸均发生了次磺酸化修饰。体外次磺酸化修饰的SOD1蛋白会进一步形成寡聚体,最终形成淀粉样纤维。我们检测了散发性ALS(sALS)病人脑脊液样本中的SOD1的次磺酸化修饰水平,发现相比对照组而言,sALS病人样本中SOD1的次磺酸化水平是显著上升的。体外经由H2O2诱导产生的次磺酸化修饰的SOD1寡聚体具有prion-like的特性,能够诱导细胞中构象正常的SOD1形成纤维样聚集,还能够诱导细胞核中的TDP-43错误定位到胞质中并形成纤维样的聚集体。这些聚集体最终会导致神经细胞发生凋亡。以上结果表明病理浓度H2O2能够使SOD1蛋白的111位半胱氨酸发生次磺酸化修饰,诱导SOD1蛋白形成纤维样聚集,进而使得SOD1和TDP-43产生与疾病相关的细胞毒性。这些发现揭示了病理浓度H2O2在调控SOD1和TDP-43致病结构形成过程中的重要作用,提示次磺酸化修饰的SOD1有可能作为sALS诊断的一个指标。SOD1是一个有金属辅基的同源二聚体蛋白质,每一个单体结合一个铜离子和一个锌离子。铜离子和SOD1的四个组氨酸(His-46,His-48,His-63和His-120)配位,主要起催化的作用;锌离子和SOD1的三个组氨酸(His-63,His-71和His-80)以及一个天冬氨酸(Asp-83)配位,主要起到稳定结构的作用。ThT荧光光谱的实验结果显示铜、锌离子能够抑制野生型SOD1由病理浓度H202引发的纤维样聚集。我们用等温量热滴定的方法发现这种抑制作用可能是由铜、锌离子与SOD1的111位半胱氨酸相互作用引发的。将野生型SOD1的111半胱氨酸突变成丝氨酸以后,能显著降低金属离子与蛋白质结合的个数以及两者的结合常数。111位突变除了能够影响蛋白质与金属离子的结合以外,还能影响SOD1的催化活性,实验结果显示111位突变成丝氨酸以后能显著提高SOD1的活性。该研究揭示了111位半胱氨酸在SOD1结构和功能维持中的重要作用。