复旦大学最新Cell子刊解析蛋白调控

　　

生物通报道：来自复旦大学生物医学研究院，香港科技大学，新加坡分子与细胞生物学研究院等处的研究人员获得了真核细胞内吞及分泌作用的关键因子：SNARE蛋白跨膜调控的最新研究进展。这对于了解真核细胞内吞及分泌过程中跨膜机制具有重要的意义，这一研究成果公布在Cell子刊《Molecular Cell》杂志上。

文章的通讯作者是早年毕业于复旦大学，现任香港科技大学教授张明杰博士，其主要从事结构生物学，生物化学及其分子生物学的研究。他的调控神经细胞信号传递的蛋白质的结构和功能的研究成果，对于治疗神经系统衰退的疾病，如中风及老年痴呆症等，有着极为重要的影响。文章第一作者是复旦大学温文玉研究员，其主要研究方向为利用液体核磁共振技术及生物化学、生物物理、细胞生物学方法对膜转运、信号传导及细胞极性相关蛋白及其复合体进行结构和功能的研究。已发表SCI论文10余篇。

SNARE蛋白家族是所有真核细胞内吞及分泌作用的关键因子,由其介导的运输囊泡膜与靶膜的锚靠、融合确保了各种胞内蛋白的定向运输，从而保证了细胞生命活动的正常进行。绝大多数SNARE蛋白通过它们的跨膜结构域永久地锚定在膜上，但是含有longin结构域的SNARE蛋白Ykt6通过其双重脂质化末端，可同时存在于细胞内膜上和胞质中。胞质中的Ykt6 由于其longin结构域与core结构域的直接结合而采取自抑构象，使得胞质态的Ykt6没有膜融和活性，然而此自抑制现象的分子机制尚不清楚。

在这篇文章中，研究人员通过解析大鼠Ykt6全长蛋白与脂肪酸分子的复合物结构发现，未结合脂质的Ykt6具有多重构象，其中只有少量处于闭合状态。一旦单脂质化（羧基端Cys195法呢酰化），Ykt6的SNARE core结构域将形成四个不连续的螺旋结构包围在longin结构域表面，构成一个紧密的球状结构，在溶液中主要以闭合的构像存在。脂肪酸链包埋在longin结构域和SNARE core结构域之间的疏水口袋中，对稳定Ykt6的闭合自抑制构像起到了关键作用。

这些研究表明，在Ykt6介导的膜融合过程中，依赖于脂质修饰的胞质/膜循环是最重要的调节环节。Ykt6的构像和功能的动态性质很可能是通过longin结构域，SNARE core结构域和共价相连的脂质末端三者之间的协同作用来调控。另一方面，这一研究还表明，后修饰的法呢酰基除了参与其传统意义的膜锚定过程，还可积极调控Ykt6的膜融合功能。

之前来自耶鲁大学等处的研究人员也获得了SNARE蛋白相关的研究成果，他们测试了病原菌所表达的SNARE-like蛋白，这些蛋白可以和真核细胞SNARE蛋白相互作用，并使细胞膜融合朝着利于病原菌生存的方向改变。衣原体和军团菌表达的SNARE-like蛋白分别为IncA和IcmG/DotF，均能抑制真核细胞SNARE蛋白介导的细胞融合。

根据观察结果可以看出，细胞内病原体所表达的SNARE蛋白抑制剂能够阻断溶酶体和病原菌的融合。因此，这种SNARE-like蛋白或可成为治疗诸如衣原体等这类病原微生物感染的新靶标。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Lipid-Induced Conformational Switch Controls Fusion Activity of Longin Domain SNARE Ykt6

While most SNAREs are permanently anchored to membranes by their transmembrane domains, the dually lipidated SNARE Ykt6 is found both on intracellular membranes and in the cytosol. The cytosolic Ykt6 is inactive due to the autoinhibition of the SNARE core by its longin domain, although the molecular basis of this inhibition is unknown. Here, we demonstrate that unlipidated Ykt6 adopts multiple conformations, with a small population in the closed state. The structure of Ykt6 in complex with a fatty acid suggests that, upon farnesylation, the Ykt6 SNARE core forms four α helices that wrap around the longin domain, forming a dominantly closed conformation. The fatty acid, buried in a hydrophobic groove formed between the longin domain and its SNARE core, is essential for maintaining the autoinhibited conformation of Ykt6. Our study reveals that the posttranslationally attached farnesyl group can actively regulate Ykt6 fusion activity in addition to its anticipated membrane-anchoring role.

作者简介：

温文玉

2003年复旦大学化学系毕业获学士学位，2008年初于香港科技大学生物化学系毕业获博士学位，随后至2008年底于香港科技大学生物化学系从事博士后研究。2009年起任复旦大学生物医学研究院青年PI，组建核磁共振结构生物学实验室。主要研究方向为利用液体核磁共振技术及生物化学、生物物理、细胞生物学方法对膜转运、信号传导及细胞极性相关蛋白及其复合体进行结构和功能的研究。已发表SCI论文10余篇。

代表性论文
· Wen, W. *, Liu, W. *, Yan, J., and Zhang, M. Structure basis and unconventional lipid membrane binding properties of the PH-C1 tandem of Rho-kinases. (2008) J. Biol. Chem. 283, 26263-26273.

· Wen, W. *, Chen, L.*, Wu, H., Sun, X., Zhang, M., and Banfield, D.K. Identification of the Yeast R-SNARE Nyv1p as a Novel Longin Domain-containing Protein. (2006) Mol. Biol. Cell. 17, 4282-4299.

· Wen, W., Wang, W., and Zhang, M. Targeting PDZ domain proteins for treating NMDA receptor-mediated excitotoxicity. (2006) Curr. Top. Med. Chem. 6, 711-721.

· Wen, W. *, Yan, J. *, and Zhang, M. Structural characterization of the split pleckstrin homology domain in phospholipase C-gamma1 and its interaction with TRPC3. (2006) J. Biol. Chem. 281, 12060-12068.

· Yan, J.*, Wen, W.*, Xu, W., Long, J.-F., Adams, M.E., Froehner, S.C., and Zhang, M. Structure of the split PH domain and distinct lipid-binding properties of the PH-PDZ supramodule of alpha-syntrophin. (2005) EMBO J. 24, 3985-3995.

（*并列第一作者）
 

张明杰

出国时间: 1989.09
最后学位: 博士
获得学位的时间: 1993.07
最后获得学位的单位: 加拿大Calgary大学
现职单位: 香港科技大学
现任职务（英文）: Professor
现任职务（中译）: 教授
从事的学科领域: 生命科学与生物技术
专业: 结构生物学

主要研究方向: 神经系统结构生物学、NMR
现在进行的研究课题: 神经细胞信号传导的结构生物学
现单位通讯地址: Depf of BiochemistryHKUSTClear Water BayKowloon,Hong Kong
传真: 852-2358-1552
E-mail: [e-mail]
所在国家/州/省/城市: 中国香港 , 香港
个人网页/homepage: http://bcz102.ust.hk

代表性学术论文/论著: 1.Zhang,M. , Tauaka, T, and Ikura,M.(1995)Nat.struct.Biol 2 758
2.Tochio. H. , oki,s.,Zhang ,Q,and Zhang,M.(1998)Nat struct.Biol 5 965
3. Tochio. H.zhang.Q,Mandl,P.Li,M.and Zhang,M.(1999) Nat struct.Biol 6 417
4.Tochio,H..Tsui,M.,Banfield,D. and Zhang,M.(2001) Science 293,698
5.Zhang ,M. and Wang,w.(2003) Acc.chem..Res.36 530
6.Feng. W.,Shi,Y.,Li,M. and Zhang. M,(2003) Nat.struct.Biol 10 972
7. Feng. W,Long,J., Tetsuya.S and Zhang,M.(2004) Nat.struct &Mol.Biol.11,475

获成果/奖励情况: ——President’s List, NSERC Doctoral Prize (1994)
——国家杰出青年基金
——The Croucher Foundation Senior Fellow Award（2003）

与国内学术交流等情况:
在开展NMR研究的过程中，与中国科学院武汉物理与数学研究所一直保持着密切的合作关系。 2003年10月参加了中国分析测试协会(CAIA)主办北京分析测试学术报告会及展览会(BCEIA)，2004年6月参加了武汉物理与数学所举办的“第二届磁共振新技术——生物大分子NMR国际研讨会”。
院内联系专家: 刘买利
单位: 武汉物理与数学所
E-mail: [e-mail]

主要学术贡献创新思想:
张明杰博士主要从事结构生物学，生物化学及其分子生物学的研究。他的调控神经细胞信号传递的蛋白质的结构和功能的研究成果，对于治疗神经系统衰退的疾病，如中风及老年痴呆症等，有着极为重要的影响。张教授及其研究小组运用核磁共振技术，从传统中药中筛选活跃分子，抑制神经信号传递中的一氧化氮合成，以发掘具潜质的药物先导化合物，治疗中风疾病。

1998年利用核磁共振技术解出神经元一氧化氮合成酶的一个抑制蛋白的三维结构，次年又解出神经元一氧化氮合成酶一个重要区域与另一种蛋白形成的复合物的三维结构，一氧化氮合成酶含有的PDZ结构域在许多蛋白质相互作用中起重要作用，解出这个区域与其他蛋白结合的结构，对于生物化学领域有着重要的意义。
2001年与其他生物学专家紧密合作，在细胞生物学方面取得重大突破，首次破解了一种对于确保细胞正常运作至关重要的蛋白质(Ykt6p)的三维结构与功能之间的关系。
曾获得“裘槎优秀科研者奖”,以表扬他在材料科学及生物化学领域进行的基础研究及做出的贡献。
申请人可参与合作/咨询/评审的学科领域、专业方向: 生物化学、结构生物学、神经生物学