美國普林斯頓大學(xué)教授顏寧與清華大學(xué)助理教授閆創(chuàng)業(yè)研究組、西湖大學(xué)鄢仁鴻博士等合作在《細(xì)胞報告》上發(fā)表了一項最新研究成果，進(jìn)一步揭示了膽固醇代謝的關(guān)鍵調(diào)控機(jī)理。

“這項工作有兩大亮點：第一是用AI技術(shù)輔助解析中低分辨率的結(jié)構(gòu)，第二是進(jìn)一步了解了Scap蛋白和Insig蛋白作為細(xì)胞內(nèi)膽固醇感應(yīng)器的工作機(jī)理?！?a target="_blank" href="http://www.sdkeao.cn/tag/%e9%a2%9c%e5%ae%81" title="View all posts in 顏寧">顏寧告訴《中國科學(xué)報》。

人體如何通過負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制維持膽固醇的穩(wěn)態(tài)？這是一個非常經(jīng)典的科學(xué)問題。諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎得主Joseph Goldstein和Michael Brown，在上世紀(jì)90年代鑒定出的膽固醇代謝調(diào)節(jié)機(jī)制——SREBP（Sterol Regulatory Element-Binding Protein）信號通路扮演了非常重要的角色。

Scap和Insig是SREBP通路中的兩個關(guān)鍵蛋白，它們之間由膽固醇分子或膽固醇衍生物介導(dǎo)的相互作用，能夠調(diào)控SREBP轉(zhuǎn)錄因子的活性，實現(xiàn)在細(xì)胞內(nèi)膽固醇含量降低時激活其攝取和合成基因的表達(dá)，而在含量升高后抑制這一過程，從而實現(xiàn)負(fù)反饋調(diào)節(jié)模式。一直以來由于技術(shù)難度較高，這個通路的結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究進(jìn)展相對緩慢。

顏寧曾笑言SREBP通路是自己的“初戀課題”：2001年她初到施一公教授實驗室讀博，第一個課題便是針對SREBP通路的結(jié)構(gòu)生物學(xué)與生物化學(xué)研究；2005年做博士后的第一個課題是SREBP通路中的膜蛋白；在清華獨立領(lǐng)導(dǎo)實驗室之后的第一個科技部973項目也是針對SREBP通路的結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究。

2021年1月，顏寧和閆創(chuàng)業(yè)、鄢仁鴻等人在《科學(xué)》上發(fā)表一項重要研究，首次獲得了跨膜區(qū)平均分辨率約3.7埃的人源Scap與Insig-2蛋白復(fù)合物的電鏡結(jié)構(gòu)，清晰到可以直接觀測分子間相互作用細(xì)節(jié)。他們還在在Scap和Insig-2相互作用界面上首次看到了具有重要功能的分子25-羥基膽固醇（25HC），顛覆了此前人們對25HC 結(jié)合位點和調(diào)控機(jī)理的認(rèn)知。

此次發(fā)表的論文是上一篇論文的延續(xù)?！按饲暗难芯繄蟮?，Scap和Insig之間的相互作用有兩種途徑，一種是由25HC介導(dǎo)，另一種則是由膽固醇結(jié)合在胞外側(cè)可溶區(qū)部分的loop1上來介導(dǎo)。”論文第一作者兼共同通訊作者鄢仁鴻博士對《中國科學(xué)報》說，“上一篇發(fā)表于《科學(xué)》的論文已經(jīng)揭示了由25HC介導(dǎo)的Scap和Insig在跨膜區(qū)部分的作用細(xì)節(jié)，而本篇論文則是試圖解析Scap在胞外區(qū)Loop1和Loop7的作用機(jī)制。”

研究人員通過去垢劑篩選的方法進(jìn)一步優(yōu)化了Scap和Insig的復(fù)合物樣品，能夠獲得Scap的loop1和loop7的中低分辨率密度圖，但并不足以搭建它的原子模型。如何用相對較低分辨率的圖像做好結(jié)構(gòu)解析？研究人員采用了騰訊公司開發(fā)的AI工具“tFold”來對Scap蛋白在胞外區(qū)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測，同時結(jié)合較低分辨率的電子密度圖進(jìn)行最終的結(jié)構(gòu)模型搭建?！斑@項技術(shù)的優(yōu)勢是通過人工智能基于蛋白質(zhì)氨基酸序列特征，能夠較好預(yù)測出一個類似的結(jié)構(gòu)模型，從而加快我們對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的理解?！臂橙束櫿f。

本研究還有一個意外收獲：研究人員用一種被稱為“洋地黃皂苷 （digitonin）”的去垢劑將蛋白質(zhì)從細(xì)胞膜上抽提出來，卻首次發(fā)現(xiàn)這種物質(zhì)在結(jié)構(gòu)上可以特異性地替代25HC，促進(jìn)Scap和Insig之間的相互作用。這或?qū)槟懝檀颊{(diào)節(jié)新藥研發(fā)提供一個潛在靶點。

“膽固醇代謝與人類健康的主要殺手之一——心腦血管疾病息息相關(guān)。深入探究SREBP通路的分子機(jī)制能夠加深我們對膽固醇調(diào)控的認(rèn)識，有助于針對性地開發(fā)降血脂藥物，改善心腦血管疾病?！臂橙束櫛硎?，“目前我們已經(jīng)成功解析了Scap和Insig復(fù)合物在膽固醇衍生物25HC分子介導(dǎo)下的結(jié)構(gòu)，但是對于Scap蛋白受膽固醇分子調(diào)控的分子機(jī)制還無法解釋，這些問題有待進(jìn)一步研究?！?/p>

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.celrep.2021.109299

來源：中國科學(xué)報