揭示Insig监控细胞固醇含量的机制

清华大学颜宁研究组在《科学》发表论文

报道胆固醇感应蛋白Insig在分支杆菌中同源蛋白结构

　　清华新闻网7月10日电 7月10日，清华大学医学院颜宁研究组在《科学》（Science）发表题为《分枝杆菌Insig同源蛋白晶体结构揭示Insig蛋白感受固醇的分子机制》（Crystal structure of a mycobacterial Insig homolog provides insight into how these sensors monitor sterol levels）的研究论文，报道了一类分支杆菌中Insig同源蛋白MvINS的高分辨率晶体结构，并通过大量生化分析揭示了人源Insig蛋白感受调控细胞内固醇类分子水平的生化机制。生命学院博士生任若冰和周芯卉为本文的共同第一作者，颜宁教授为本文的通讯作者。

图为MvINS的晶体结构以及MvINS与DAG相互作用示意图。

　　胆固醇广泛地存在于高等动物的各类组织、细胞当中，调控细胞膜的流动性，是胆酸、维生素D以及一些类固醇激素的前体，参与重要的细胞信号转导。动物体内过量的胆固醇积累会促进动脉粥样硬化的发生和发展，最终有可能导致严重的心血管疾病，诸如心脏病及中风。因此，在高等动物体内有一套严格的负反馈调控机制，通过SREBP(Sterol Regulatory Element-Binding Protein）通路，调控胆固醇的摄取及合成，控制血液及细胞内的胆固醇含量。在SREBP通路中，内质网上的二次跨膜蛋白SREBP2的氨基端结构域是调控胆固醇合成与摄取相关基因的转录因子。Insig是位于内质网上的一类含有六次跨膜螺旋的膜蛋白，在结合类固醇分子（如25-羟基胆固醇，简称25HC）的情况下，可以通过Scap介导，与SREBP2形成复合物，将SREBP2滞留在内质网上，从而降低细胞内胆固醇的合成和摄取。尽管对于SREBP通路的细胞生物学与生物化学性质有了相当多的认识和理解，但受限于真核膜蛋白在纯化、结晶等方面的技术难度，这个领域的结构生物学研究异常缓慢。

　　颜宁研究组通过序列分析发现Insig蛋白在七种分支杆菌中有同源蛋白，她们将Mycobacterium vanbaalenii中的同源蛋白命名为MvINS，并解析了其分辨率高达1.9埃的晶体结构。通过结构分析，推测MvINS可能结合一种重要的脂类小分子二酰基甘油（DAG），并最终获得了分辨率为2.1埃的MvINS/DAG复合物结构。随后作者基于MvINS的晶体结构，通过同源建模构建了人源Insig的三维结构模型，在此基础上设计大量的Insig突变体检验与Scap的相互作用，从而推测出25HC与Insig可能的结合区域，以及Insig与Scap可能的相互作用界面。这项研究结果为高等生物Insig蛋白的结构生物学和生物化学研究提供了有力的支持，对进一步研究Insig在SREBP通路的作用以及工作机理具有重要的意义。

　　此项研究与北京生命科学研究所雷晓光教授，罗氏（上海）的Frank S. Yan博士以及美国德克萨斯大学西南医学中心Arun Radhakrishna教授等合作完成，获得了两位诺贝尔奖得主、SREBP通路的发现者Mike Brown和Joe Goldstein教授的支持和帮助。本研究项目受到科技部重大科学研究计划、清华-北大生命科学联合中心及HHMI的资助。

　　颜宁教授自2007年回国旋即开展了针对SREBP通路的系统的结构生物学与生物化学研究，近年终于取得一系列进展。这是她们继2015年3月在《细胞研究》（Cell Research）报道了酵母中SREBP通路的Scap蛋白调控结构域结构（http://www.nature.com/cr/journal/v25/n4/full/cr201532a.html）之后的又一重要成果。

　　论文链接：http://www.sciencemag.org/content/349/6244/187.full

编辑：襄桦