A major cause of familial amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and frontotemporal dementia (FTD) spectrum disorder is the hexanucleotide G4C2 repeat expansion in the first intron of the C9orf72 gene. Many underlying mechanisms lead to manifestation of disease that include toxic gain-of-function by repeat G4C2 RNAs, dipeptide repeat proteins, and a reduction of the C9orf72 gene product. The C9orf72 protein interacts with SMCR8 and WDR41 to form a trimeric complex and regulates multiple cellular pathways including autophagy. Here, we report the structure of the C9orf72-SMCR8 complex at 3.8 Å resolution using single-particle cryo-electron microscopy (cryo-EM). The structure reveals 2 distinct dimerization interfaces between C9orf72 and SMCR8 that involves an extensive network of interactions. Homology between C9orf72-SMCR8 and Folliculin-Folliculin Interacting Protein 2 (FLCN-FNIP2), a GTPase activating protein (GAP) complex, enabled identification of a key residue within the active site of SMCR8. Further structural analysis suggested that a coiled-coil region within the uDenn domain of SMCR8 could act as an interaction platform for other coiled-coil proteins, and its deletion reduced the interaction of the C9orf72-SMCR8 complex with FIP200 upon starvation. In summary, this study contributes toward our understanding of the biological function of the C9orf72-SMCR8 complex.

中文翻译：

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人类 C9orf72-SMCR8 复合物的结构揭示了多价蛋白质相互作用结构。

家族性肌萎缩侧索硬化 (ALS) 和额颞叶痴呆 (FTD) 谱系障碍的一个主要原因是 C9orf72 基因第一个内含子中的六核苷酸 G4C2 重复扩增。许多潜在的机制导致疾病的表现，包括重复 G4C2 RNA、二肽重复蛋白和 C9orf72 基因产物的减少引起的毒性功能获得。C9orf72 蛋白与 SMCR8 和 WDR41 相互作用形成三聚体复合物并调节包括自噬在内的多种细胞途径。在这里，我们使用单粒子冷冻电子显微镜 (cryo-EM) 以 3.8 Å 的分辨率报告了 C9orf72-SMCR8 复合物的结构。该结构揭示了 C9orf72 和 SMCR8 之间的 2 个不同的二聚化界面，涉及广泛的相互作用网络。C9orf72-SMCR8 与卵泡素-卵泡素相互作用蛋白 2 (FLCN-FNIP2)（一种 GTP 酶激活蛋白 (GAP) 复合物）之间的同源性能够鉴定 SMCR8 活性位点内的关键残基。进一步的结构分析表明，SMCR8 uDenn 结构域内的卷曲螺旋区域可以作为其他卷曲螺旋蛋白的相互作用平台，其缺失减少了饥饿时 C9orf72-SMCR8 复合物与 FIP200 的相互作用。总之，这项研究有助于我们理解 C9orf72-SMCR8 复合物的生物学功能。进一步的结构分析表明，SMCR8 uDenn 结构域内的卷曲螺旋区域可以作为其他卷曲螺旋蛋白的相互作用平台，其缺失减少了饥饿时 C9orf72-SMCR8 复合物与 FIP200 的相互作用。总之，这项研究有助于我们理解 C9orf72-SMCR8 复合物的生物学功能。进一步的结构分析表明，SMCR8 uDenn 结构域内的卷曲螺旋区域可以作为其他卷曲螺旋蛋白的相互作用平台，其缺失减少了饥饿时 C9orf72-SMCR8 复合物与 FIP200 的相互作用。总之，这项研究有助于我们理解 C9orf72-SMCR8 复合物的生物学功能。