2020年6月15日,顏寧及楊洪遠共同通訊在Cell 在線發表題為“Structural Basis of Low-pH-Dependent Lysosomal Cholesterol Egress by NPC1 and NPC2”的研究論文,該研究揭示了低pH依賴性膽固醇從NPC2傳遞到NPC1跨膜(TM)域的分子基礎。


在pH 8.0時,在納米光盤和去污劑中分別獲得3.6?和3.0?分辨率的NPC1類似結構,揭示了連接N端結構域(NTD)和跨膜固醇傳感結構域(SSD)的隧道結構;在pH 5.5時,NTD表現出兩個構象,表明膽固醇向隧道輸送的運動。在通道的膜邊界發現了一個假定的膽固醇分子,TM2向SSD上的表面袋形成。最后,在pH 5.5時獲得了分辨率為4.0?的NPC1-NPC2復合物的結構,闡明了膽固醇從NPC2轉移到NPC1(NTD)的分子基礎。


另外,2020年6月8日,顏寧團隊在PNAS 在線發表題為“Employing NaChBac for cryo-EM analysis of toxin action on voltage-gated Na+ channels in nanodisc”的研究論文,該研究介紹在洗滌劑膠束和納米圓盤中NaChBac的單粒子冷凍電子顯微鏡(cryo-EM)分析。在兩種條件下,NaChBac的構象與潛在滅活的NavAb的構象幾乎相同。確定納米光盤中NaChBac的結構使研究人員能夠檢查脂質雙層中Nav通道的門控修飾劑毒素(GMT)。為了研究哺乳動物Nav通道中的GMT,該研究生成了一個嵌合體,其中Nav1.7的第二個電壓感測域中S3和S4區段的細胞外片段替換了NaChBac中的相應序列。此解決方案可實現毒素對接的可視化。因此,NaChBac可以用作膜環境中GMT與Nav通道之間相互作用的結構研究的便捷替代品。


2020年5月13日,顏寧等團隊在Nature 在線發表題為”Structural basis for catalysis and substrate specificity of human ACAT1“的研究論文,該研究介紹了人類ACAT1的冷凍電子顯微鏡結構。每個protomer都由九個跨膜段組成,這些段包圍了一個胞質通道和一個在預計的催化位點會聚的跨膜通道。結構指導的突變分析的證據表明,?;o酶A通過細胞質通道進入活性位點,而膽固醇可能從側面通過跨膜通道進入。這種結構和生化特征有助于合理化ACAT1對不飽和?;湹钠?,并提供對MBOAT家族中酶催化機制的見解。


2020年5月13日,顏寧等團隊在Nature 在線發表題為”Structure and mechanism of human diacylglycerol O-acyltransferase 1“的研究論文,該研究介紹了人類DGAT1的冷凍電子顯微鏡結構。每個DGAT1都有9個跨膜螺旋,其中8個形成保守的結構折疊,將其命名為MBOAT折疊。DGAT1中的MBOAT折疊在膜中形成一個中空腔室,該腔室包圍著高度保守的催化殘留物。該腔室有兩個底物,脂肪?;o酶A和二?;视偷膯为毴肟?。 DGAT1可以同型二聚體或同型四聚體形式存在,兩種形式具有相似的酶活性。DGAT1的N末端與鄰近的protomer相互作用,而這些相互作用是酶促活性所必需的。


顏寧團隊首次解析了NPC1/2復合物結構,闡明了膽固醇轉移的分子基礎


Niemann-Pick疾病C型(NPC)是一種罕見的遺傳疾病,其特征是肝,脾和腦細胞中溶血體的膽固醇和鞘脂儲藏缺陷,導致臨床表型以肝脾腫大和嚴重損害認知發育為主導。雖然從歷史上將NPC視為兒童的進行性神經系統疾病,但最近對患病率的估計已提高了對遲發性NPC的認識,并將總發病率更新為1 / 19,000至36,000。


在已確定的與NPC相關的疾病突變中,已發現95%的1,278aa膜蛋白NPC1是在晚期內體/溶酶體(LE / Ly)中起作用和5%是NPC2(一種單域腔蛋白)。兩種蛋白協同作用以調節LE / Ly內吞膽固醇的釋放,這兩種蛋白的功能喪失都可能導致局部膽固醇的積累。在溶血雙磷脂酸(LBPA)的促進下,NPC2從LE / Ly區室的腔內囊泡吸收膽固醇。然后,蛋白質將膽固醇輸送到NPC1,以進行下游跨膜運輸。


顏寧團隊首次解析了NPC1/2復合物結構,闡明了膽固醇轉移的分子基礎

文章模式圖(圖源自Cell )


各種報告已將NPC1鏈接到病毒的入口點。埃博拉病毒刺突糖蛋白(GP)到達LE / Ly后與NPC1特異性結合,觸發下游細胞感染。還發現人類免疫缺陷病毒1型(HIV-1)依賴于NPC1介導的細胞內膽固醇運輸途徑。因此,對NPC1 / NPC2介導的溶酶體膽固醇轉運的結構闡明不僅將為NPC疾病治療奠定基礎,而且還將闡明內源性和外源性貨物的細胞內運輸。


NPC1包含3個腔結構域-氨基末端結構域(NTD),結構域C(也稱為中間腔結構域[MLD])和結構域I(也稱為CTD)以及13個跨膜(TM)通道。其中,已經證明了NTD,并且已經提出跨膜固醇感測域(SSD)與膽固醇或固醇類似物結合 。NPC2的晶體結構表明膽固醇的碳氫化合物尾部插入結合口袋的深處,僅將羥基暴露于溶酶體腔中。從某種意義上說,膽固醇被“溶解”以移交給NPC1(NTD),后者結合了來自羥基的膽固醇,這種結合方式與NPC2互補。


已經提出了一種“疏水交接”模型,其中NPC2可能與NPC1(NTD)結合以傳遞膽固醇。體外和體內測定的令人信服的證據激發了許多計算機模擬NPC2-NPC1(NTD)的嘗試。然而,由于幾乎無法檢測到結合親和力,因此兩者的碰撞頻率升高必須依賴于其他參與者。結構域C顯示在酸性pH下結合NPC2。低pH也促進膽固醇與NPC2的結合以及隨后的膽固醇遞送,這與溶酶體腔的酸性環境一致。


以往的觀察表明,NPC2錨定在結構域C上,然后通過疏水性界面將膽固醇轉移至NTD。但是,尚未捕獲此傳輸過程的結構。關于NPC1中膽固醇的后續途徑也提出了疑問。NPC1中是否有內部隧道,如相關信號蛋白Patched1(Ptch1)或其酵母對應物NCR1中的隧道還是NTD穿過糖萼層將膽固醇傳遞到膜上? 為了解決這些問題,該研究對人類NPC1以及NPC1和NPC2之間的相互作用進行了系統的結構表征。 該研究結果還揭示了NPC1介導的膽固醇釋放過程中低pH要求的分子基礎。


該研究揭示了低pH依賴性膽固醇從NPC2傳遞到NPC1跨膜(TM)域的分子基礎。在pH 8.0時,在納米光盤和去污劑中分別獲得3.6?和3.0?分辨率的NPC1類似結構,揭示了連接N端結構域(NTD)和跨膜固醇傳感結構域(SSD)的隧道結構;在pH 5.5時,NTD表現出兩個構象,表明膽固醇向隧道輸送的運動。在通道的膜邊界發現了一個假定的膽固醇分子,TM2向SSD上的表面袋形成。最后,在pH 5.5時獲得了分辨率為4.0?的NPC1-NPC2復合物的結構,闡明了膽固醇從NPC2轉移到NPC1(NTD)的分子基礎。


關于Niemann-Pick疾病的成因


溶酶體膽固醇的排出需要兩種蛋白質NPC1和NPC2,其缺陷是造成C型Niemann-Pick疾病的原因。


文章來源: iNature

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