本期文献
Constrained template matching using rejection sampling
冷冻电子断层扫描原位鉴定大分子复合物仍面临低信噪比、缺失楔和拥挤背景等挑战。该研究提出一种名为拒绝采样的方法，在体素分辨率下将大分子定位先验（如膜相关蛋白偏好取向）整合到约束搜索中，兼具准确性和计算效率。合成和实验数据表明，该方法改善了检测、方向归属和大分子区分，无需注释数据即可达到由膜结构启发的深度学习方法的性能。将该方法应用于线粒体嵴上的ATP合酶，说明其可扩展到细胞内普遍存在的大型高度弯曲膜系统。
A direct, MFRN-independent Fe(II) transfer pathway at mitochondria-lysosome contacts
线粒体铁稳态是呼吸和氧化还原平衡的基础，其失调与神经退行性疾病、心肌病和代谢疾病相关。经典模型认为线粒体通过MFRN转运体从胞质不稳定铁池获取Fe(II)。本文发现线粒体-溶酶体接触位点存在一条不依赖MFRN的直接Fe(II)转移途径：由VPS39/TOMM22/SFXN1协同介导，使铁从溶酶体直接流向线粒体而绕过胞质不稳定铁池。活细胞结构照明显微镜直接观察到接触位点处的Fe(II)转移；SFXN1是该途径的核心效应蛋白，其敲低可显著降低线粒体Fe(II)水平，且与其已知的丝氨酸转运功能无关。该途径揭示了线粒体获取Fe(II)以支持氧化还原稳态的一条重要路径。
Systems-level proteomic reprogramming reveals mitochondrial restoration and inhibition of Rho GTPase-mediated cytoskeletal and inflammatory signaling in CKD
慢性肾脏病伴随线粒体功能障碍、氧化应激与慢性炎症，缺乏有效靶向治疗。本研究采用基于数据非依赖采集的蛋白质组学，分析慢性肾脏病模型在DVA、KY及两者联合处理下的整体蛋白变化，并结合K-means聚类和通路富集分析。结果显示DVA处理可双向调节蛋白簇：使慢性肾脏病中下调的蛋白（主要涉及线粒体功能、氧化磷酸化和代谢过程）显著恢复，同时抑制慢性肾脏病中上调的免疫信号、氧化应激、细胞骨架重塑和蛋白质稳态通路；分子层面恢复了呼吸链组分（COX5A、NDUFS5、SDHB）等，并下调STAT2、CYBB、ARHGEF12等多种炎症或损伤相关蛋白。DVA因此表现出同时恢复线粒体代谢并抑制炎症和细胞骨架失调的双重作用，提示其在慢性肾脏病干预中的潜力。
Lessons learned from a Kaggle challenge for particle picking in cryo-electron tomography.
粒子拾取的困难仍是冷冻电子断层扫描常规原位结构解析的障碍。为促进算法开发，作者举办了为期三个月的Kaggle挑战赛，让参赛者在数百张实验断层图上标注五种分子。比赛吸引了超过1000名参与者，产出的粒子拾取器性能超过现有最先进方法。系统比较显示，亚断层平均对中度而非重度过度拾取具有耐受性，并强调需要更稳健的标注质量度量。获胜模型凸显了数据增强在克服有限训练数据方面的重要性。所有断层图、真值标注及获胜队伍注释均已发布至CryoET Data Portal，用于基准测试。
Simultaneous Inhibition of ACLY and OGDH Has a Synergistic Effect on Hepatocellular Carcinoma Cell Lines
肝细胞癌治疗选择有限。本研究探索同时靶向代谢基因ATP柠檬酸裂解酶和酮戊二酸脱氢酶的合成致死效应。使用酮戊二酸脱氢酶抑制剂丙戊酸和ATP柠檬酸裂解酶抑制剂bempedoic acid单独或联合处理肝细胞癌细胞系Hep3B和Huh7，发现联合用药较单药显著协同抑制细胞增殖，且对非癌肝细胞系THLE-2的细胞毒性增加较小。此前研究提示USP13调控ATP柠檬酸裂解酶和酮戊二酸脱氢酶，本文直接共靶向这两个下游代谢酶可能比抑制USP13更精确和安全。研究仍需在类器官和动物模型中验证，但为ATP柠檬酸裂解酶/酮戊二酸脱氢酶作为合成致死靶点及丙戊酸-bempedoic acid联合治疗肝细胞癌提供了依据。
Structural basis for multiple binding modes of antimalarial ligands targeting Plasmodium falciparum NCR1
PfNCR1是恶性疟原虫的一种胆固醇转运蛋白，定位于质膜-寄生液泡界面，近期成为有前景的抗疟靶点。尽管针对PfNCR1的新型抗疟化合物开发备受关注，其抑制的分子机制仍不清楚。本文报道了PfNCR1在脱辅基状态及与三种抑制剂MMV009108、MMV019662和MMV028038结合状态下的冷冻电镜结构。MMV009108结合在胞外结构域与膜结构域界面的“颈部”位点；MMV028038取代了胞外结构域“ecto”位点处的甾醇；值得注意的是，MMV019662同时结合两个位点：既与ecto位点结合的甾醇分子相邻，又靶向颈部位点，从而改变甾醇感应结构域构象。重要的是，研究者鉴定出一种新型抗疟化合物G856-4236，该化合物仅靶向ecto位点。这四种不同的PfNCR1抑制模式增进了对其构象可塑性的理解，并为针对PfNCR1及相关转运蛋白的合理药物发现建立了框架。
Catalytic and inhibitory architecture of comammox ammonia monooxygenase
完全氨氧化菌（comammox）是广泛分布的硝化微生物，可在单个细胞内将氨高效氧化为硝酸盐，从而在多种环境中主导氨氧化，但区分其氨单加氧酶（AMO）与典型细菌AMO的分子基础仍未明确。本文报道了来自comammox Nitrospira inopinata的AMO（NiAMO）在无抑制剂和结合烯丙基硫脲（ATU）状态下的冷冻电镜结构，分辨率分别为2.47埃和2.68埃。NiAMO显示出独特的辅助亚基组织、铜位点构型和疏水通道结构。整合分子动力学（MD）和量子力学/分子力学（QM/MM）计算支持一种甲基质体醌（methyl-PQH2）偶联、以CuD为中心的催化模型，其中CuC可能促进醌氧化还原循环。N. inopinata对几种已知硝化抑制剂表现出广泛敏感性，ATU结合的NiAMO结构将抑制剂定位在CuC-CuD区域，并伴随疏水通道收缩，这与恢复实验中ATU的竞争性作用一致。多组学分析进一步揭示了针对ATU的能量受限应激反应，包括诱导尿素转运和利用系统。综上，这些发现定义了comammox AMO的甲基-PQ连接的催化与抑制剂响应结构，并为自然和工程生态系统中基于谱系的硝化调控建立了机制框架。
Implication of a rare variant in OPA1 in Cardiac Pathophysiology: From Cristae Remodelling to Contractile Dysfunction
Optic Atrophy 1（OPA1）是一种重要的线粒体内膜GTP酶，调控线粒体融合、维持嵴结构、钙缓冲、细胞生物能量学、保护mtDNA并控制凋亡。本文通过对5例家族性和10例散发性扩张型心肌病（DCM）病例进行全外显子测序，检测OPA1变异在DCM中的作用。在一例DCM患者中鉴定出一个罕见的de novo OPA1变异c.563C>T（p.Pro188Leu），该变异在100名健康对照及1000 Genomes、IndiGenomes和GenomeAsia 100k数据库中均不存在，在GnomAD中MAF极低（0.000069）。结构建模预测该变异高度有害，并显示突变蛋白出现显著构象扭曲（RMSD = 3.5埃）。分子对接进一步证明突变型OPA1对线粒体蛋白酶OMA1的可及性增强，提示OPA1蛋白水解加工增加，随后导致线粒体碎片化增加。在稳定H9C2心肌母细胞中的功能分析表明，表达突变型OPA1的细胞中OPA1蛋白表达显著降低，线粒体广泛碎片化。突变蛋白导致线粒体膜电位、ATP生成和氧消耗率（OCR）显著降低，同时胞质钙和活性氧（ROS）水平升高。qRT-PCR分析进一步显示mtDNA拷贝数减少，内在凋亡标志物Caspase3、9及Bax/Bcl-2比值的表达增加。上述发现共同强调了OPA1突变对线粒体动力学和细胞健康的显著影响，提示其与DCM发病机制显著相关。综上，这些发现表明OPA1介导的线粒体功能障碍可能是DCM治疗的潜在靶点。
CryoFlex characterizes structural motion between conformations directly from cryo-EM density maps
异质性冷冻电镜重建方法可以解析多种构象状态，但理解其功能意义通常需要确定哪些区域在状态间运动并量化其位移幅度。比较原子模型可以量化运动，但柔性区域常建模不完整。直接比较密度图受图质量和位移密度特征间模糊对应关系的限制。本文提出CryoFlex，一种直接从所选状态的重建密度图中估计结构运动方向和幅度的方法。所得运动分析支持功能解释并指导下游结构处理。CryoFlex在多种图谱对上定位并量化了结构运动，包括那些原子模型覆盖不完整或局部密度较弱的情况。相对于Cα位移，CryoFlex的端点误差约为1埃。在独立基准测试中，它在干净和含噪输入上均优于配准基线。因此，CryoFlex通过直接量化重建状态间的结构运动，补充了异质性重建工作流程。
Structures of pUG-fold RNA bound to DNMT1 reveal a mechanism for RNA-mediated epigenetic regulation
许多染色质相关蛋白已被发现结合RNA作为表观遗传调控的手段。具体而言，维持CpG二核苷酸胞嘧啶甲基化的DNA甲基转移酶1（DNMT1）在细胞中可被转录DNA位点的RNA抑制。然而，RNA结合DNMT1并抑制其活性的机制尚不清楚。本文解析了一系列人DNMT1与pUG-fold RNA结合的冷冻电镜结构，pUG-fold RNA是一种此前被观察到抑制活性的非经典G四链体结构，揭示了两种不同的RNA结合模式。pUG-fold RNA以自抑制构象结合在DNMT1表面，跨越甲基转移酶结构域和CXXC结构域之间的正电荷表面；同时它也能直接结合在开放DNMT1构象的活性位点中。在这两种状态下，RNA结合与底物DNA结合在空间上不相容。2.5埃的结构捕捉了甲基转移酶结构域氨基酸与pUG-fold RNA四联体层之间复杂的氢键和静电相互作用网络。亚稳态分子动力学模拟提供了DNMT1构象景观的正交视图，揭示了两种不同的RNA结合模式。此外，对已发表的DNMT1 RIP-seq和eCLIP-seq数据的分析证实，细胞中与DNMT1相互作用的RNA表现出形成非经典G四链体RNA结构的强烈倾向。综上，本研究为pUG-fold RNA被蛋白质识别提供了首个结构基础，并展示了冷冻电镜和基于AI的蛋白质与RNA结构预测方法如何协同阐明RNA介导的DNMT1调控机制。
Mitochondrial transfer mediates metabolic communication between beta cells and islet macrophages
作者构建β细胞特异性表达线粒体GFP的小鼠（PhAMfloxIns1Cre），在体内和体外证明胰岛β细胞可将线粒体转移至胰岛巨噬细胞。致糖尿病性应激源不改变转移频率；含有β细胞来源GFP的巨噬细胞显示蛋白质合成速率升高。RNA-seq识别出接收β细胞来源线粒体的巨噬细胞中活性调节细胞骨架相关蛋白（Arc）上调，而破坏肌动蛋白细胞骨架动态可阻止线粒体转移。这些发现将线粒体转移确定为β细胞与巨噬细胞之间一种此前未知的通讯机制，可能有助于胰岛稳态和免疫调节。
Nanoscale spatial confinement of proton flux by cardiolipin drives high-speed lateral proton transport in mitochondria
为明确质子沿线粒体内膜横向流动的热力学驱动力，作者采用带约束的高分辨率二维连续介质模型，并以经实验验证的缓冲液质子消耗速率作为严格生物学先验来打破数学简并性，在平面脂双层系统中分离出通用结构水屏障（5.7 kBT）和特异性−1e静电陷阱（4.3 kBT）。将该原理外推到心磷脂（−2e二聚脂质）后，模拟显示其形成深的kBT热力学阱，可将质子限制在膜表面1至2 nm范围，几乎消除向膜间隙体相的垂直泄漏，并通过维度挤压维持侧向浓度梯度、加速质子波径向传播。因此，心磷脂可能起到准二维纳米级天线的作用，把质子快速导向ATP合酶，支持真核能量代谢的动力学可行性。
HSPD1 promotes neuroblastoma by augmenting MYCN expression
线粒体伴侣HSP60（HSPD1）通过折叠线粒体一碳途径酶MTHFD2并阻止线粒体核糖体蛋白聚集，促进线粒体一碳途径和线粒体翻译。该研究在MYCN扩增的神经母细胞瘤细胞中敲低HSPD1，观察到线粒体翻译、MYCN表达以及体外和体内肿瘤发生均降低。此外，HSPD1 mRNA和蛋白水平在人神经母细胞瘤肿瘤中与MYCN表达相关。这些结果将HSPD1确立为治疗MYCN扩增神经母细胞瘤的潜在靶点。
A second-generation ''hypoxia in a pill'' rescues neurodegenerative phenotypes across distinct mouse models
研究者评估了第二代“hypoxia in a pill”方案，即使用血红蛋白亲和增强剂GBT601（单用或与HIF-2抑制剂PT2399联用）。在50日龄且处于疾病晚期的Ndufs4敲除小鼠（线粒体复合物I缺乏/Leigh综合征模型）中，GBT601单药减轻神经疾病表型并将中位寿命从62天延长至105天；联合治疗将中位寿命延长至158天。在弗里德赖希共济失调小鼠模型出现晚期疾病后给药，联合治疗阻止了运动表型的进一步进展。在α-突触核蛋白毒性所致帕金森病小鼠模型中，神经退行开始后给予联合治疗可减轻脑过度氧合与脂质过氧化，并逆转运动表型。联合治疗维持体重，未诱导肺动脉高压征象。这些发现支持将“hypoxia in a pill”策略用于高未满足需求疾病的进一步临床前与临床评估。
Multimodal Protein Retrieval via Joint Representation Learning from Sequences and Cryo-EM Density Maps
作者提出一个多模态表示学习框架，在蛋白质序列和冷冻电镜密度图之间学习共享潜在空间，用于跨模态检索。方法将预训练蛋白质序列嵌入与基于体素的cryo-EM编码器结合，使用自监督表示学习和迁移学习进行训练。该模型支持序列到图谱和图谱到序列的双向检索，同时学习具有生物学意义的结构表示。在3275张cryo-EM图谱数据库中，两种检索方向的中位排名为2–3；匹配与非匹配序列—图谱对在嵌入空间中明显分离，且模型在不同cryo-EM分辨率下保持稳健。模型还能跨物种泛化，可使用人源序列嵌入检索保守的小鼠蛋白结构。
Cell-envelope conduits enable transfer of megabase-sized double-stranded DNA between cells of the nosocomial pathogen Acinetobacter baumannii
鲍曼不动杆菌的水平基因转移此前归因于接合菌毛、转导和自然转化。本研究描述了一种先前未知的染色体DNA交换方式：细胞被膜导管在相邻细胞间建立直接的细胞质连续性。冷冻电镜断层扫描显示，在多个临床分离株中发现的导管由外膜、肽聚糖层和内膜构成；约65 nm厚的导管内含有两根约2 nm厚的细丝，超分辨显微镜将其鉴定为DNA。菌株间水平基因转移实验结合全基因组测序证明，最长1.1 Mbp、约占基因组27%的染色体片段可发生转移和同源重组。这些发现为导管介导的大规模染色体DNA交换提供了直接的结构和功能证据，扩展了鲍曼不动杆菌的水平基因转移策略集合。
Signaling mechanism of the transmembrane energy receptor Aer
大肠杆菌趋氧受体Aer通过PAS结构域中的FAD辅因子感知胞内氧化还原变化，但缺乏典型MCP的周质配体结合结构域和适应甲基化，以侧向方式将信号从PAS传至HAMP和激酶控制结构域（KCD）的甲基化螺旋样帽（MHL帽）。本研究解析了氧化态黄素醌（激酶开启）和还原态黄素半醌（激酶关闭）下全长Aer的冷冻电镜结构。结构比较显示，FAD结合口袋、PAS-HAMP相互作用取向和MHL帽稳定性均随氧化还原状态改变；氧化态的PAS-MHL帽接触压缩受体并稳定KCD螺旋，还原态则破坏这些接触、增加KCD柔性。联合纳米盘重建和脉冲偶极ESR观察到C端MHL2区的氧化还原依赖性螺旋间距变化，提示激酶关闭态下PAS驱动KCD包装松散。据此提出FAD氧化还原通过重排黄素口袋残基、微调PAS构象并调节PAS-HAMP/MHL帽包装来控制KCD构象稳定性的信号机制，代表一条不同于周质配体结合MCP的Aer特异性能量感知通路。
Haloplasma MreB reconstitution in a minimal synthetic bacterium reveals orthogonal force directions underlying distinct Mollicute motility systems
MreB是广泛存在于细菌中的肌动蛋白同源物，通常作为肽聚糖合成的支架。缺乏细胞壁的柔膜菌纲成员尽管没有肽聚糖，却仍保留多个mreB基因。前期研究表明，螺原体的两种MreB异构体可在最小合成细菌syn3B中重建游泳运动，提示MreB被重新用于运动。本研究在syn3B中表达了来自早期分化柔膜菌Haloplasma contractile的七种MreB蛋白；约50%的细胞伸长，15%出现类似Haloplasma的弯曲和卷曲运动，且与螺原体运动不同。对异构体组合的系统分析显示，运动需要特定的MreB配对，额外异构体可提高运动效率。冷冻电镜断层扫描显示膜结合的MreB丝带状结构。数学建模表明，仅改变力产生方向即可再现Haloplasma型和Spiroplasma型运动。因此，肌动蛋白同源物内力生成方向的多样化使柔膜菌中不同运动系统的独立演化成为可能。
Mitochondrial protein import couples proteostasis failure to mitochondrial permeabilization
蛋白质稳态失衡是应激和疾病的标志，但其如何损害线粒体完整性仍不清楚。本研究将线粒体蛋白导入鉴定为连接蛋白质稳态失衡与线粒体损伤的关键通路。作者证明Raptinal——一种此前被视为快速凋亡诱导剂的化合物——损害新生蛋白质的折叠，而非直接破坏线粒体膜。由此产生的蛋白质毒性应激可驱动线粒体外膜透化和内源性凋亡，且不依赖BCL-2家族成孔蛋白。常用于维持线粒体完整性的VBIT4能抑制该通路；光亲和类似物化学蛋白质组学提示TIM23导入机制参与其中。TIM23-PAM轴的遗传或药理抑制可阻断线粒体透化，但不影响经典的BAX-BAK依赖性凋亡。这些发现表明，线粒体蛋白导入将翻译相关蛋白毒性应激与线粒体损伤偶联，并将导入通量调控确立为蛋白质稳态失衡时维持线粒体完整性的决定因素。
A 13-subunit c-ring in the Chlamydomonas chloroplast ATP synthase lowers the H⁺/ATP cost of carbon fixation
叶绿体F1Fo ATP合酶是一种旋转马达，将光驱动的质子动力势转化为ATP化学能；其转子中c亚基数目决定每合成一分子ATP所转运的质子数。参考菠菜酶含有14个c亚基，H+/ATP比为4.67。绿藻还运行二氧化碳浓缩机制，在水中维持CO2固定需消耗大量ATP，但藻类ATP合酶马达的结构及其生物能量参数是否不同于维管植物仍不清楚。本研究报道了莱茵衣藻ATP合酶的2.2 Å结构，显示其c环由13个亚基组成，这是叶绿体ATP合酶首次出现不同于c14的组成，预测H+/ATP比降至4.33。结构中有序水分子描绘出跨膜Grotthuss质子中继；一个绝缘三联体将质子装载位点与卸载位点隔开，并将质子通量偶联至旋转。氧化还原开关γ亚基中的单一氨基酸替换取消了与催化β亚基的接触，而维管植物中该接触使酶在黑暗中空转。藻类ATP合酶的这些特征降低了光下碳固定的H+/ATP成本，并促进暗处乙酸代谢。