揭示Insig監(jiān)控細(xì)胞固醇含量的機(jī)制
清華大學(xué)顏寧研究組在《科學(xué)》發(fā)表論文
報(bào)道膽固醇感應(yīng)蛋白Insig在分支桿菌中同源蛋白結(jié)構(gòu)
清華新聞網(wǎng)7月10日電 7月10日，清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院顏寧研究組在《科學(xué)》（Science）發(fā)表題為《分枝桿菌Insig同源蛋白晶體結(jié)構(gòu)揭示Insig蛋白感受固醇的分子機(jī)制》（Crystal structure of a mycobacterial Insig homolog provides insight into how these sensors monitor sterol levels）的研究論文，報(bào)道了一類(lèi)分支桿菌中Insig同源蛋白MvINS的高分辨率晶體結(jié)構(gòu)，并通過(guò)大量生化分析揭示了人源Insig蛋白感受調(diào)控細(xì)胞內(nèi)固醇類(lèi)分子水平的生化機(jī)制。生命學(xué)院博士生任若冰和周芯卉為本文的共同第一作者，顏寧教授為本文的通訊作者。
圖為MvINS的晶體結(jié)構(gòu)以及MvINS與DAG相互作用示意圖。
膽固醇廣泛地存在于高等動(dòng)物的各類(lèi)組織、細(xì)胞當(dāng)中，調(diào)控細(xì)胞膜的流動(dòng)性，是膽酸、維生素D以及一些類(lèi)固醇激素的前體，參與重要的細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。動(dòng)物體內(nèi)過(guò)量的膽固醇積累會(huì)促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生和發(fā)展，最終有可能導(dǎo)致嚴(yán)重的心血管疾病，諸如心臟病及中風(fēng)。因此，在高等動(dòng)物體內(nèi)有一套嚴(yán)格的負(fù)反饋調(diào)控機(jī)制，通過(guò)SREBP(Sterol Regulatory Element-Binding Protein）通路，調(diào)控膽固醇的攝取及合成，控制血液及細(xì)胞內(nèi)的膽固醇含量。在SREBP通路中，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的二次跨膜蛋白SREBP2的氨基端結(jié)構(gòu)域是調(diào)控膽固醇合成與攝取相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄因子。Insig是位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的一類(lèi)含有六次跨膜螺旋的膜蛋白，在結(jié)合類(lèi)固醇分子（如25-羥基膽固醇，簡(jiǎn)稱(chēng)25HC）的情況下，可以通過(guò)Scap介導(dǎo)，與SREBP2形成復(fù)合物，將SREBP2滯留在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，從而降低細(xì)胞內(nèi)膽固醇的合成和攝取。盡管對(duì)于SREBP通路的細(xì)胞生物學(xué)與生物化學(xué)性質(zhì)有了相當(dāng)多的認(rèn)識(shí)和理解，但受限于真核膜蛋白在純化、結(jié)晶等方面的技術(shù)難度，這個(gè)領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究異常緩慢。
顏寧研究組通過(guò)序列分析發(fā)現(xiàn)Insig蛋白在七種分支桿菌中有同源蛋白，她們將Mycobacterium vanbaalenii中的同源蛋白命名為MvINS，并解析了其分辨率高達(dá)1.9埃的晶體結(jié)構(gòu)。通過(guò)結(jié)構(gòu)分析，推測(cè)MvINS可能結(jié)合一種重要的脂類(lèi)小分子二酰基甘油（DAG），并最終獲得了分辨率為2.1埃的MvINS/DAG復(fù)合物結(jié)構(gòu)。隨后作者基于MvINS的晶體結(jié)構(gòu)，通過(guò)同源建模構(gòu)建了人源Insig的三維結(jié)構(gòu)模型，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)大量的Insig突變體檢驗(yàn)與Scap的相互作用，從而推測(cè)出25HC與Insig可能的結(jié)合區(qū)域，以及Insig與Scap可能的相互作用界面。這項(xiàng)研究結(jié)果為高等生物Insig蛋白的結(jié)構(gòu)生物學(xué)和生物化學(xué)研究提供了有力的支持，對(duì)進(jìn)一步研究Insig在SREBP通路的作用以及工作機(jī)理具有重要的意義。
此項(xiàng)研究與北京生命科學(xué)研究所雷曉光教授，羅氏（上海）的Frank S. Yan博士以及美國(guó)德克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心Arun Radhakrishna教授等合作完成，獲得了兩位諾貝爾獎(jiǎng)得主、SREBP通路的發(fā)現(xiàn)者M(jìn)ike Brown和Joe Goldstein教授的支持和幫助。本研究項(xiàng)目受到科技部重大科學(xué)研究計(jì)劃、清華-北大生命科學(xué)聯(lián)合中心及HHMI的資助。
顏寧教授自2007年回國(guó)旋即開(kāi)展了針對(duì)SREBP通路的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)生物學(xué)與生物化學(xué)研究，近年終于取得一系列進(jìn)展。這是她們繼2015年3月在《細(xì)胞研究》（Cell Research）報(bào)道了酵母中SREBP通路的Scap蛋白調(diào)控結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)（http://www.nature.com/cr/journal/v25/n4/full/cr201532a.html）之后的又一重要成果。
論文鏈接：http://www.sciencemag.org/content/349/6244/187.full
編輯：襄樺
