许执恒研究组揭示自闭症相关蛋白相分离调控突触发育的新机制

自闭症谱系障碍(Autism Spectrum Disorder，ASD）是一类复杂的遗传异质性神经发育疾病，其核心病理与突触蛋白功能失调密切相关。SHANKS基因家族是ASD高风险致病基因，其中SHANK2/3基因拷贝数变异及截短突变占ASD患者约1%。POSH（plenty of SH3s，也称为SH3RF1）同为ASD高风险基因。许执恒课题组先前研究证实Posh基因缺失会显著降低突触后致密区(Postsynaptic density，PSD)中SHANK2/3蛋白丰度，并阻碍树突棘发育（Yao等，2022）。Posh基因条件性敲除（cKO）小鼠表现出自闭症样行为及学习记忆功能缺陷，与Shank2/3基因缺失或突变小鼠模型表型相似。然而，POSH和SHANK2/3如何协同调控突触精密组装，以及二者缺陷导致突触功能障碍的分子机制尚未阐明。

中科院遗传与发育生物学研究所许执恒课题组在Protein & Cell发表一篇题为“POSH undergoes phase separation and co-condensation with SHANK2/3 to regulate spine development”的论文成果。在新研究中，团队首先通过体外重组蛋白和细胞内实时成像证实POSH蛋白具备单独发生液-液相分离的能力，并能够将SHANK2/3蛋白募集到共同凝集物中。进一步解构蛋白发现，驱动POSH蛋白相分离的核心密码在于其天然无序区（Intrinsically disordered region，IDR）中的脯氨酸富集基序（Proline-rich motifs，PRMs）与串联 SH3 结构域的协同作用。SHANK2/3与POSH的互作区中同样包含PRMs，使其能够被精准招募到POSH蛋白凝集物中。相比之下，缺乏PRMs的POSH结合伙伴PSD-95无法被整合到POSH凝集物中。这种选择性招募暗示了弱多价PRM-SH3相互作用可能在决定凝集物组成中发挥关键作用。

功能层面上，研究团队在Posh基因缺失海马神经元中进行功能挽救实验，回补能正常相分离的 POSH，即可恢复 SHANK2/3蛋白在突触后的定位、树突棘密度及形态，而破坏 POSH 相分离能力的突变体则无力回天。这一结果证实了POSH与SHANK2/3蛋白的共同相分离参与调控SHANK2/3蛋白在突触后的定位，以及突触形态发育过程，补充了SHANK蛋白依赖锌离子在突触后组装的传统认知。相关研究表明成年期回补Shank基因可以提高小鼠突触内SHANK蛋白水平，逆转突触形态和功能缺陷，并改善与自闭症谱系障碍相关的行为缺陷。这使得靶向SHANK蛋白的突触后功能成为一种有前景的ASD治疗策略。

因此，本研究不仅揭示了蛋白相分离可能是POSH与SHANK2/3调控突触发育的机制，还为自闭症谱系障碍的病理机制及治疗提供了新的见解。

中科院遗传与发育生物学研究所许执恒研究员为该论文的通讯作者。许执恒课题组助理研究员姚明慧为该论文的第一作者及共同通讯作者。该研究得到国家基金委和科技部项目的资助。