The human AAA+ ATPase p97, also known as valosin-containing protein, a potential target for cancer therapeutics, plays a vital role in the clearing of misfolded proteins. p97 dysfunction is also known to play a crucial role in several neurodegenerative disorders, such as MultiSystem Proteinopathy 1 (MSP-1) and Familial Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS). However, the structural basis of its role in such diseases remains elusive. Here, we present cryo-EM structural analyses of four disease mutants p97R155H, p97R191Q, p97A232E, p97D592N, as well as p97E470D, implicated in resistance to the drug CB-5083, a potent p97 inhibitor. Our cryo-EM structures demonstrate that these mutations affect nucleotide-driven allosteric activation across the three principal p97 domains (N, D1, and D2) by predominantly interfering with either (1) the coupling between the D1 and N-terminal domains (p97R155H and p97R191Q), (2) the interprotomer interactions (p97A232E), or (3) the coupling between D1 and D2 nucleotide domains (p97D592N, p97E470D). We also show that binding of the competitive inhibitor, CB-5083, to the D2 domain prevents conformational changes similar to those seen for mutations that affect coupling between the D1 and D2 domains. Our studies enable tracing of the path of allosteric activation across p97 and establish a common mechanistic link between active site inhibition and defects in allosteric activation by disease-causing mutations and have potential implications for the design of novel allosteric compounds that can modulate p97 function.

中文翻译：

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AAA+ ATPase p97/VCP 突变体和抑制剂结合破坏域间耦合和随后的变构激活。

人类 AAA+ ATPase p97，也称为含有 valosin 的蛋白质，是癌症治疗的潜在靶点，在清除错误折叠的蛋白质方面起着至关重要的作用。众所周知，p97 功能障碍在多种神经退行性疾病中起着至关重要的作用，例如多系统蛋白病 1 (MSP-1) 和家族性肌萎缩侧索硬化症 (ALS)。然而，其在此类疾病中的作用的结构基础仍然难以捉摸。在这里，我们介绍了四种疾病突变体 p97R155H、p97R191Q、p97A232E、p97D592N 以及 p97E470D 的​​冷冻电镜结构分析，这些突变体与对药物 CB-5083（一种有效的 p97 抑制剂）的抗性有关。我们的冷冻电镜结构表明，这些突变会影响三个主要 p97 结构域（N、D1、和 D2) 通过主要干扰 (1) D1 和 N 端结构域（p97R155H 和 p97R191Q）之间的偶联，（2）质子间相互作用（p97A232E），或（3）D1 和 D2 核苷酸结构域之间的偶联（ p97D592N、p97E470D）。我们还表明，竞争性抑制剂 CB-5083 与 D2 域的结合可防止构象变化，类似于影响 D1 和 D2 域之间耦合的突变所见的构象变化。我们的研究能够追踪 p97 上变构激活的路径，并在活性位点抑制与致病突变引起的变构激活缺陷之间建立共同的机制联系，并且对设计可以调节 p97 功能的新型变构化合物具有潜在意义。(2) 质子间相互作用 (p97A232E)，或 (3) D1 和 D2 核苷酸域（p97D592N、p97E470D）之间的偶联。我们还表明，竞争性抑制剂 CB-5083 与 D2 域的结合可防止构象变化，类似于影响 D1 和 D2 域之间耦合的突变所见的构象变化。我们的研究能够追踪 p97 上变构激活的路径，并在活性位点抑制与致病突变引起的变构激活缺陷之间建立共同的机制联系，并且对设计可以调节 p97 功能的新型变构化合物具有潜在意义。(2) 质子间相互作用 (p97A232E)，或 (3) D1 和 D2 核苷酸域（p97D592N、p97E470D）之间的偶联。我们还表明，竞争性抑制剂 CB-5083 与 D2 域的结合可防止构象变化，类似于影响 D1 和 D2 域之间耦合的突变所见的构象变化。我们的研究能够追踪 p97 上变构激活的路径，并在活性位点抑制与致病突变引起的变构激活缺陷之间建立共同的机制联系，并且对设计可以调节 p97 功能的新型变构化合物具有潜在意义。到 D2 域防止构象变化类似于影响 D1 和 D2 域之间耦合的突变所见的构象变化。我们的研究能够追踪 p97 上变构激活的路径，并在活性位点抑制与致病突变引起的变构激活缺陷之间建立共同的机制联系，并且对设计可以调节 p97 功能的新型变构化合物具有潜在意义。到 D2 域防止构象变化类似于影响 D1 和 D2 域之间耦合的突变所见的构象变化。我们的研究能够追踪 p97 上变构激活的路径，并在活性位点抑制与致病突变引起的变构激活缺陷之间建立共同的机制联系，并且对设计可以调节 p97 功能的新型变构化合物具有潜在意义。