北京時(shí)間6月29日，美國(guó)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(bào)告》上發(fā)表了一項(xiàng)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(xiàng)工作有兩大亮點(diǎn)：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?！鳖亴幐嬖V《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。

　　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(gè)非常經(jīng)典的科學(xué)問題。諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)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(hào)通路扮演了非常重要的角色。

　　Scap和Insig是SREBP通路中的兩個(gè)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(shí)現(xiàn)在細(xì)胞內(nèi)膽固醇含量降低時(shí)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(shí)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(gè)通路的結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究進(jìn)展相對(duì)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(shí)驗(yàn)室讀博，第一個(gè)課題便是針對(duì)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(gè)課題是SREBP通路中的膜蛋白;在清華獨(dú)立領(lǐng)導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室之后的第一個(gè)科技部973項(xiàng)目也是針對(duì)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(xiàng)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(cè)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(duì)25HC 結(jié)合位點(diǎn)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?bào)道，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)?！闭撐牡谝蛔髡呒婀餐ㄓ嵶髡咣橙束櫜┦繉?duì)《中國(guó)科學(xué)報(bào)》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?！?/p>

　　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(duì)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(duì)Scap蛋白在胞外區(qū)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)，同時(shí)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。“這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)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(cè)出一個(gè)類似的結(jié)構(gòu)模型，從而加快我們對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的理解?！臂橙束櫿f。

　　本研究還有一個(gè)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(gè)潛在靶點(diǎn)。

　　“膽固醇代謝與人類健康的主要?dú)⑹种弧哪X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(duì)膽固醇調(diào)控的認(rèn)識(shí)，有助于針對(duì)性地開發(fā)降血脂藥物，改善心腦血管疾病。”鄢仁鴻表示，“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(duì)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