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Science:突破!颜宁课题组从结构上揭示人Ptch1蛋白识别Shh机制

2018-08-18| 发布者: 暂辉| 查看: 171

Hedgehog(Hh)通路对胚胎发生和组织再生是至关重要的。Hh信号是通过分泌的和脂质修饰的蛋白Hh结合到膜受体Patched(Ptch)上而被激活的。在缺乏Hh的情况下,Ptch通过一种未知的间接机制抑制下游的G蛋白偶联受体Smoo ...

Hedgehog(Hh)通路对胚胎发生和组织再生是至关重要的。Hh信号是通过分泌的和脂质修饰的蛋白Hh结合到膜受体Patched(Ptch)上而被激活的。在缺乏Hh的情况下,Ptch通过一种未知的间接机制抑制下游的G蛋白偶联受体Smoothened(Smo)。

Hh与Ptch的结合减轻了对Smo的抑制并且开启让Hh通路遭受转录激活的信号转导事件。Hh信号异常与出生缺陷或肿瘤发生有关。尽管进行了严密的研究,Hh、Ptch和Smo之间相互作用的分子基础仍是不清楚的,而且Ptch和Hh之间识别的结构基础还有待阐明。

经预测长1447个氨基酸残基的人Ptch1蛋白含有12个跨膜区段(TM),并且与细菌RND家族转运蛋白(resistance-nodulation-division family transporter, RND家族转运蛋白)存在着结构类似性。Ptch1的跨膜区段2(TM2)至TM6构成固醇敏感多肽区(sterol-sensing domain, SSD)。人们已在几种参与固醇转运和代谢的蛋白中发现了SSD。这些含有SSD的蛋白的潜在固醇结合或转运活性的分子机制仍然是不清楚的。

Science:突破!颜宁课题组从结构上揭示人Ptch1蛋白识别Shh机制

图片来自Science, doi:10.1126/science.aas8935。


在一项新的研究中,为了获得适合于结构研究的样品,来自中国清华大学的研究人员基于序列保守性和功能表征获得几种人Ptch1的构建体。最终,在人胚胎肾293F细胞中瞬时表达的含有氨基酸残基1~1305的人Ptch1截短版本在亲和层析纯化和尺寸排阻层析纯化后表现出足够的表达水平和良好的溶液行为。他们还观察了Ptch1的寡聚体状态和单体状态。Ptch1的单体形式可适用于单粒子低温电子显微镜分析,这是因为它在低温条件下具有优异的性能。相关研究结果发表在2018年8月10日的Science期刊上,论文标题为“Structural basis for the recognition of Sonic Hedgehog by human Patched1”。论文通信作者为清华大学医学院教授颜宁(Nieng Yan)博士。

在三种哺乳动物Hh同源物Sonic(Shh)、Desert(Dhh)和Indian(Ihh)中,Shh一直是功能和机制研究的原型。在大肠杆菌中表达和纯化的人Shh的N-端结构域(ShhN, 氨基酸残基24~197)能够在胆固醇琥珀酸单酯(cholesteryl hemisuccinate, CHS)的存在下与去污剂溶解的Ptch1蛋白形成一种稳定的复合物。

颜宁课题组分别在3.9埃分辨率下和在3.6埃分辨率下解析出人Ptch1单独时以及它与ShhN结合在一起时的低温电镜结构。他们识别出两个相互作用的胞外结构域ECD1和ECD2,以及12个跨膜区段(TM1~12)。一旦ShhN结合,ECD1和ECD2向彼此移动,而且它们一起构成ShhN的停靠位点。颜宁课题组对ShhN与Ptch1之间的详细识别进行了分析和生化验证。

在具有或不具有ShhN的Ptch1中观察到两个与CHS相一致的类固醇密度(steroid-shaped density):一个在由这两个胞外结构域包围的口袋中,另一个在SSD的膜面向的腔中。基于结构的生化分析揭示出ShhN和Ptch1之间的类固醇依赖性相互作用。相比于野生型Ptch1,类固醇结合缺陷型Ptch1突变体的结构表现出显著的构象重排。

总之,人Ptch1单独时及其与ShhN结合在一起时的结构揭示出Ptch1和ShhN之间识别的分子基础。在Ptch1中鉴定出两个类固醇结合位点为在未来研究Hh信号建立了重要的框架,并对含有SSD蛋白的固醇感知提供了关键见解。(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Xin Gong1,*,†, Hongwu Qian1,*,†, Pingping Cao et al. Structural basis for the recognition of Sonic Hedgehog by human Patched1. Science, 10 Aug 2018, 361(6402):eaas8935, doi:10.1126/science.aas8935.

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最新评论

引用 郭纪军 2018-8-18 05:16
这么厉害?为什么美国医药奖没给她?特朗普真不够意思。
引用 田云 2018-8-18 05:15
用别人都没有的冷冻电镜条件,解析一个蛋白质结构就是一篇science或nature。靠的基本是体力劳动,没什么技术含量,有意思吗?
引用 admin 2018-8-18 05:14
有个屁用。
引用 admin 2018-8-18 05:14
突破尼玛个屁
引用 admin 2018-8-18 05:13
不知道怎么形容好,感觉挺别扭,毕竟别个已经去米国高就了。
引用 admin 2018-8-18 05:12
又是冷冻电镜,和施一公异曲同工之妙啊![抠鼻]
引用 朱朝 2018-8-18 05:12
应当集中精力搞清几个与重大疾病相关的蛋白质结构,然后设计药物。这种为了发论文而进行的研究没有多大意义!毕竟中国现在急需开发具有自主知识产权的药物,而不是高价使用国外药物。
引用 郭纪军 2018-8-18 05:11
没有球用,没有创新的工作,
引用 admin 2018-8-18 05:11
[赞]
引用 admin 2018-8-18 05:10
芯片,芯片,芯片,重复三遍
引用 admin 2018-8-18 05:10
泼出去的水了
引用 admin 2018-8-18 05:09
颜宁不是离开清华了吗?
引用 admin 2018-8-18 05:09
能搞点新东西吗?
引用 龚文详 2018-8-18 05:08
有种研究点抗癌神药
引用 站长之家 2018-8-18 05:07
建议以后取消冷冻电竞文章,还不如给李易峰他们呢。
引用 admin 2018-8-18 05:07
基础学科的突破本来就没有应用学科明显 可是这是一个国家科学的积淀 当达到一个高度的时候 全世界都超不过你 全世界就只好都来找你 爱因斯坦的相对论在头条网友看来应该也没什么用吧 可是为啥还那么牛逼
引用 admin 2018-8-18 05:07
哪那么多突破,这和测定晶体结构一样性质吧,测一个晶体就一个突破?
引用 admin 2018-8-18 05:06
本质上是冷冻电镜的广告而已,骗中国人买仪器而已。
引用 admin 2018-8-18 05:06
对这种论文一直无感,没什么用
引用 admin 2018-8-18 05:06
用冷冻电镜灌水

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