人源表皮生長因子受體（HER或ERBB）家族屬于酪氨酸激酶受體家族，該家族包括EGFR（HER1）、HER2、HER3和HER4四個成員。HER家族成員在結(jié)構(gòu)上具有較高的相似性，均包含配體結(jié)合的胞外域、單次跨膜域、近膜域、激酶結(jié)構(gòu)域和柔性的C末端。HER家族有11種配體，配體從胞外選擇性地與受體結(jié)合后，可誘導(dǎo)受體形成同源或者異源二聚體，進而激活胞內(nèi)激酶結(jié)構(gòu)域，開啟下游信號通路，如RAS-MAPK和PI3K-AKT等。HER家族蛋白在調(diào)控細胞增殖、分化、個體發(fā)育和組織動態(tài)平衡等生物學(xué)過程中發(fā)揮重要作用。該家族成員的過表達或異常激活與多種癌癥的發(fā)生高度相關(guān)，如肺癌、乳腺癌和膠質(zhì)瘤等。目前，針對該家族蛋白成員開發(fā)的抗體以及小分子激酶抑制劑已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于多種癌癥的臨床治療，是迄今為止最成功的腫瘤靶向藥物之一。

HER2在該家族中非常特殊，是唯一的“孤兒”受體，自身無法形成配體依賴性的二聚體激活下游信號，需要與其它HER家族蛋白形成異源二聚體、或者在過表達條件下自組裝成配體非依賴型的同源二聚體而發(fā)揮功能。HER2參與形成的異二聚體中，以EGFR/HER2和HER2/HER3復(fù)合物的生理功能最為重要，與腫瘤發(fā)生最為相關(guān)。盡管此前HER家族成員的單體和同源二聚體結(jié)構(gòu)紛紛被報道，但是，HER2參與形成的異源二聚體結(jié)構(gòu)始終未得到解析，這嚴重限制了人們對該家族蛋白功能和致病機制的深入理解。直至2021年底，隨著HER2/HER3復(fù)合物結(jié)構(gòu)在Nature雜志上發(fā)表，才揭開了HER家族蛋白異源二聚體的面紗。

2月13日，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院張哲研究員課題組和中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所何康敏研究員課題組在Cell Discovery雜志上共同發(fā)表了題為“Structure and dynamics of the EGFR/HER2 heterodimer”的研究論文，進一步揭示了EGFR/HER2異源二聚體胞外結(jié)構(gòu)域的高分辨率冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。更重要的是，這項研究還利用活細胞單分子熒光成像技術(shù)，在兩種人乳腺癌細胞系（SUM159和SK-BR-3）中對內(nèi)源EGFR/HER2復(fù)合物的動力學(xué)特點進行了細致分析（見下圖）。該工作完善并加深了人們對HER2參與形成的異源二聚體結(jié)構(gòu)和病理特性的認知，并有望為相關(guān)腫瘤的治療提供新思路。

EGFR/HER2復(fù)合物的結(jié)構(gòu)和在細胞膜上的動力學(xué)特性。（a）EGFR/HER2異源二聚體和EGFR同源二聚體的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)；（b）EGFR和HER2在細胞膜上的動力學(xué)特性模式圖

EGFR與HER2相互作用弱是影響復(fù)合物穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)解析的關(guān)鍵因素。作者巧妙地在EGFR和HER2蛋白的胞內(nèi)區(qū)域添加了兩段電性相反的coiled-coil肽段，利用二者的靜電相互作用穩(wěn)定了EGFR/HER2復(fù)合物。本文報道了EGFR分別與兩種配體（高親和力的EGF和低親和力的EREG）結(jié)合時與HER2形成的復(fù)合物結(jié)構(gòu)，分辨率分別為3.3 ?和4.5 ?，二者結(jié)構(gòu)非常相似，均為不對稱的二聚體（上圖a）。生化和細胞實驗表明，不同于EGFR同源二聚體中兩個單體的二聚臂（DA）均對復(fù)合物的形成不可或缺，在EGFR/HER2異源二聚體中，只有HER2的DA對復(fù)合物的形成及下游磷酸化信號的傳導(dǎo)重要。利用CRISPR/Cas9基因組編輯和單分子成像技術(shù)，本文進一步探索了內(nèi)源性EGFR和HER2在兩種人乳腺癌細胞系細胞膜上的擴散動力學(xué)和相互作用。EGF激活細胞后，EGFR形成寡聚體后運動變慢，隨后被內(nèi)吞；然而HER2的運動不受影響，也不發(fā)生內(nèi)吞。而且，當HER2與EGFR形成復(fù)合物后還能夠延長配體結(jié)合后EGFR在細胞膜上的停留時間，抵抗EGFR活化后的快速內(nèi)吞和降解（上圖b）。HER2的這種獨特屬性可能是其過表達時能夠增強或延長下游信號、促進細胞生長和增殖，并導(dǎo)致腫瘤的原因。

張哲、何康敏為該論文的共同通訊作者。北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院2019級博士生白雪、中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所博士生孫鵬宇和汪星昊、張哲課題組前技術(shù)員龍昌坤、北京大學(xué)前沿交叉學(xué)科研究院2020級CLS博士生廖述筠為該文章的共同第一作者。這項研究得到國家重點研發(fā)計劃重點專項、國家自然科學(xué)基金、膜生物學(xué)國家重點實驗室、分子發(fā)育生物學(xué)國家重點實驗室、北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心、北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院啟東產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新基金以及李革-趙寧生命科學(xué)青年研究基金的資助，并依托北京大學(xué)冷凍電鏡平臺和生命科學(xué)學(xué)院公共儀器中心鳳凰工程蛋白質(zhì)平臺的技術(shù)支持。

來源：北京大學(xué)