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生命學院楊茂君課題組與中科院上海藥物所以及同濟大學附屬第一婦嬰保健院合作報道CLC-7/Ostm1轉運蛋白復合物的結構和門控機制

2020-08-20 17:13:39

2020年8月12日,清華大學楊茂君教授課題組與中科院上海藥物研究所李揚研究員課題組以及同濟大學附屬第一婦嬰保健院劉志強教授課題組合作在《科學進展》(Science Advances)雜志在線發表了題為 “人源CLC-7/Ostm1轉運體的結構與分子機理 (Molecular insights into the human CLC-7/Ostm1 transporter)” 的研究論文。該研究首次解析CLC家族蛋白與輔助亞基的復合物結構,并且通過結構分析和電生理試驗,詳盡闡明了CLC-7/Ostm1復合物的門控機制,研究結論將為骨硬化病臨床治療策略的研發提供新的思路。

骨硬化病是一種具有家族遺傳傾向的罕見病,臨床癥狀包含骨硬度增加,骨骼生長異常,嚴重患者可表現小頜畸形、腦積水、顱神經壓迫、額部隆起、眼突出、后鼻孔狹窄等,針對該類疾病尚無良好的防治手段。臨床研究表明目前至少有八種基因突變能夠導致骨硬化病。其中CLC-7蛋白屬于氯離子轉運相關的CLC家族蛋白,CLC-7蛋白主要分布在溶酶體和破骨細胞褶皺膜上,Ostm1可以作為CLC-7的輔助蛋白來維持骨重吸收和溶酶體生理功能。目前研究表明,人源CLCN7和Ostm1的基因突變能夠導致嚴重的骨硬化疾病和溶酶體貯積紊亂疾病。雖然目前已經報道解析了大腸桿菌和紅藻的CLC轉運體蛋白,但對于人源的CLC-7/Ostm1蛋白復合物的結構仍然未知。因此闡述CLC-7/Ostm1蛋白質的三維結構以及生理功能對骨硬化病的治療具有指導意義。

研究團隊使用哺乳動物細胞系統表達純化了CLC-7/Ostm1的復合物,并通過冷凍電鏡第一次解析了CLC-7與輔助亞基Ostm1的復合物結構。CLC-7/Ostm1復合物結構顯示高度糖基化的Ostm1在空間上像 “帽子” 一樣位于CLC-7上方,并與CLC-7形成相互作用,

圖示: CLC-7/Ostm1的三維結構展示

通過結構分析發現CLC-7中N端結構域與其他已解析的CLC蛋白N端結構不同;CLC-7的N端結構域插入到CLC-7的跨膜區和胞內結構域接觸面縫隙中,并與跨膜區和胞內區形成相互作用。同時,結合基因突變(點突變)和電生理實驗發現CLC-7結構域接觸面(跨膜區與跨膜區接觸面,跨膜區與胞內區接觸面,以及N端結構域與跨膜區和胞內區接觸面)多個位點突變均可導致CLC-7/Ostm1復合物 “慢門控” 特征發生變化。結構分析和電生理試驗表明CLC-7結構域接觸面的相互作用是影響CLC-7/Ostm1復合物 “慢門控” 的關鍵因素。

清華大學生命學院楊茂君教授、中科院上海藥物所李揚研究員和同濟大學附屬第一婦嬰保健院劉志強教授為本文共同通訊作者,清華大學生命學院博士后張森森,博士生劉洋,周俊以及同濟大學附屬第一婦嬰保健院副研究員張兵為本文共同第一作者,中科院上海藥物所博士生李天宇幫助了電生理實驗。本研究受到了國家重點研發項目,中科院戰略重點研究項目基金以及國家自然科學基金的支持。

 

論文鏈接:https://advances.sciencemag.org/content/6/33/eabb4747

 

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