α-シヌクレインのメガダルトンサイズのジティロシン凝集体は、高度の構造障害と内部ダイナミクスを保持しています

ヒトタンパク質α-シヌクレイン（αSyn）の不均一な凝集体は、パーキンソン病患者のレウィーボディ包含に豊富に見られます。古典的なαSynアミロイドフィブリルに関する構造情報は利用可能ですが、疾患関連の非標準的な凝集体の立体構造特性についてはほとんど知られていない。ここでは、持続的な酸素ストレス中にミトコンドリアから放出されるアポトーシス性ペルオキシダーゼである、反応性酸素種とシトクロムCの存在下で形成されるαSynのメガダルトンサイズのジティロシン付加物の構造的および動的特性を分析します。標準的なクロスβアミロイドとは対照的に、これらの凝集体は高度の内部ダイナミクスを保持し、溶液状態NMR分光法による特性評価を可能にします。分子間ジティルシンの架橋は、αSyn運動を局所的にのみ制限するのに対し、連結された分子の大きなセグメントは柔軟で障害のままであることがわかります。分断できない凝集体は、混雑したin vitro溶液や、シトクロムCではなく遊離反応性酸素種の相対的な量が速度の制限である哺乳類細胞溶解物の複雑な環境に形成されます。さらに、ジティロシン付加物は、αSynをその単量体形態に維持することにより、古典的なアミロイド形成を阻害し、基本的な膜結合特性を保持しているにもかかわらず、非細胞毒性であることを確立します。我々の結果は、酸化的αSyn凝集がシトクロムCの活性を、レビーの体堆積物の構造的多様性に寄与する可能性のあるアモルファスの高分子量構造の形成に除去することを示唆しています。

Heterogeneous aggregates of the human protein α-synuclein (αSyn) are abundantly found in Lewy body inclusions of Parkinson's disease patients. While structural information on classical αSyn amyloid fibrils is available, little is known about the conformational properties of disease-relevant, non-canonical aggregates. Here, we analyze the structural and dynamic properties of megadalton-sized dityrosine adducts of αSyn that form in the presence of reactive oxygen species and cytochrome c, a proapoptotic peroxidase that is released from mitochondria during sustained oxidative stress. In contrast to canonical cross-β amyloids, these aggregates retain high degrees of internal dynamics, which enables their characterization by solution-state NMR spectroscopy. We find that intermolecular dityrosine crosslinks restrict αSyn motions only locally whereas large segments of concatenated molecules remain flexible and disordered. Indistinguishable aggregates form in crowded in vitro solutions and in complex environments of mammalian cell lysates, where relative amounts of free reactive oxygen species, rather than cytochrome c, are rate limiting. We further establish that dityrosine adducts inhibit classical amyloid formation by maintaining αSyn in its monomeric form and that they are non-cytotoxic despite retaining basic membrane-binding properties. Our results suggest that oxidative αSyn aggregation scavenges cytochrome c's activity into the formation of amorphous, high molecular-weight structures that may contribute to the structural diversity of Lewy body deposits.