Hereditary spastic paraplegia (HSP) comprises a heterogeneous group of neuropathies affecting upper motor neurons and causing progressive gait disorder. Mutations in the gene SPG3A/atlastin-1 (ATL1), encoding a dynamin superfamily member, which utilizes the energy from GTP hydrolysis for membrane tethering and fusion to promote the formation of a highly branched, smooth endoplasmic reticulum (ER), account for approximately 10% of all HSP cases. The continued discovery and characterization of novel disease mutations are crucial for our understanding of HSP pathogenesis and potential treatments. Here, we report a novel disease-causing, in-frame insertion in the ATL1 gene, leading to inclusion of an additional asparagine residue at position 417 (N417ins). This mutation correlates with complex, early-onset spastic quadriplegia affecting all four extremities, generalized dystonia, and a thinning of the corpus callosum. We show using limited proteolysis and FRET-based studies that this novel insertion affects a region in the protein central to intramolecular interactions and GTPase-driven conformational change, and that this insertion mutation is associated with an aberrant prehydrolysis state. While GTPase activity remains unaffected by the insertion, membrane tethering is increased, indicative of a gain-of-function disease mechanism uncommon for ATL1-associated pathologies. In conclusion, our results identify a novel insertion mutation with altered membrane tethering activity that is associated with spastic quadriplegia, potentially uncovering a broad spectrum of molecular mechanisms that may affect neuronal function.

中文翻译：

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atlastin 1 中的一种新型插入突变与痉挛性四肢瘫痪、膜束缚增加和异常构象转换有关。

遗传性痉挛性截瘫 (HSP) 包括一组影响上运动神经元并导致进行性步态障碍的异质性神经病变。基因 SPG3A/atlastin-1 (ATL1) 中的突变，编码一个动力蛋白超家族成员，它利用 GTP 水解的能量进行膜束缚和融合，以促进高度分支、光滑的内质网 (ER) 的形成，约占占所有 HSP 病例的 10%。新疾病突变的持续发现和表征对于我们了解 HSP 发病机制和潜在治疗方法至关重要。在这里，我们报告了在 ATL1 基因中的一种新的引起疾病的框内插入，导致在 417 位 (N417ins) 包含一个额外的天冬酰胺残基。这种突变与复杂的、早发性痉挛性四肢瘫痪，影响所有四肢、全身肌张力障碍和胼胝体变薄。我们使用有限的蛋白水解和基于 FRET 的研究表明，这种新的插入会影响蛋白质中分子内相互作用和 GTPase 驱动的构象变化的中心区域，并且这种插入突变与异常的预水解状态有关。虽然 GTPase 活性不受插入的影响，但膜束缚增加，表明 ATL1 相关病理学不常见的功能获得疾病机制。总之，我们的研究结果确定了一种新的插入突变，其与痉挛性四肢瘫痪相关的膜束缚活性改变，可能揭示可能影响神经元功能的广泛分子机制。全身性肌张力障碍和胼胝体变薄。我们使用有限的蛋白水解和基于 FRET 的研究表明，这种新的插入会影响蛋白质中分子内相互作用和 GTPase 驱动的构象变化的中心区域，并且这种插入突变与异常的预水解状态有关。虽然 GTPase 活性不受插入的影响，但膜束缚增加，表明 ATL1 相关病理学不常见的功能获得疾病机制。总之，我们的研究结果确定了一种新的插入突变，其与痉挛性四肢瘫痪相关的膜束缚活性改变，可能揭示可能影响神经元功能的广泛分子机制。全身性肌张力障碍和胼胝体变薄。我们使用有限的蛋白水解和基于 FRET 的研究表明，这种新的插入会影响蛋白质中分子内相互作用和 GTPase 驱动的构象变化的中心区域，并且这种插入突变与异常的预水解状态有关。虽然 GTPase 活性不受插入的影响，但膜束缚增加，表明 ATL1 相关病理学不常见的功能获得疾病机制。总之，我们的研究结果确定了一种新的插入突变，其与痉挛性四肢瘫痪相关的膜束缚活性改变，可能揭示可能影响神经元功能的广泛分子机制。我们使用有限的蛋白水解和基于 FRET 的研究表明，这种新的插入会影响蛋白质中分子内相互作用和 GTPase 驱动的构象变化的中心区域，并且这种插入突变与异常的预水解状态有关。虽然 GTPase 活性不受插入的影响，但膜束缚增加，表明 ATL1 相关病理学不常见的功能获得疾病机制。总之，我们的研究结果确定了一种新的插入突变，其与痉挛性四肢瘫痪相关的膜束缚活性改变，可能揭示可能影响神经元功能的广泛分子机制。我们使用有限的蛋白水解和基于 FRET 的研究表明，这种新的插入会影响蛋白质中分子内相互作用和 GTPase 驱动的构象变化的中心区域，并且这种插入突变与异常的预水解状态有关。虽然 GTPase 活性不受插入的影响，但膜束缚增加，表明 ATL1 相关病理学不常见的功能获得疾病机制。总之，我们的研究结果确定了一种新的插入突变，其与痉挛性四肢瘫痪相关的膜束缚活性改变，可能揭示了可能影响神经元功能的广泛分子机制。