李向东博士PNAS解析肌球蛋白的关键新机制

　　

生物通报道： 来自中科院动物研究所的研究人员获得了包含多个结构域的肌球蛋白5a的关键结晶结构，并进行了结构比对，从而为理解钙调素与肌球蛋白5a的作用机制提供了新观点。

这一研究成果公布在《美国国家自然科学院院刊》（PNAS）杂志上。文章的通讯作者是中国科学院动物研究所李向东博士，主要从事细胞内物质转运的分子机制研究及无脊椎动物肌肉系统发育调节研究。近年来取得的研究成果主要发表于国际核心学术期刊，包括PNAS, J. Biol. Chem., Biochemistry, Insect Molecular Biology等。

肌球蛋白（myosin）是一种重要的马达蛋白，最早发现于肌肉组织。不过这种蛋白也广泛存在于非肌细胞中，为细胞质流动、细胞器运动、物质运输、有丝分裂、胞质分裂等活动提供必要的力。肌球蛋白参与了多种生理过程，是细胞活动的重要调节者。

目前人们已经发现了十几种肌球蛋白，其中肌球蛋白5a (myosin-5a)是细胞内起关键转运作用的分子马达，其功能通过结合于其上的第一个异亮氨酸-谷氨酰（IQ）结构域上钙调素进行调控。在这篇文章中，研究人员解析了包含这一马达结构域，以及结合钙调素的IQ1复合物的肌球蛋白5a结晶结构。

通过将IQ1-钙调素复合物有结合钙，与无结合钙的两种结构进行比对，研究人员发现了钙离子诱导的钙调素的构象变化。由此研究人员证明钙调素在钙离子转化过程中，能不断的与IQ1相互作用，并且IQ1结合位点也极大的改变了钙调素中钙离子的热力学和动力学机制，这些研究为理解钙调素与肌球蛋白5a的作用机制提供了新观点。

钙(Ca2+)作为一种第二信使, 在细胞生长发育和胁迫响应的信号转导中发挥重要作用，比如植物在感受发育相关信号以及生物或非生物胁迫的刺激后, 通过激发Ca2+泵和Ca2+通道, 进而诱导细胞内Ca2+浓度出现快速和瞬时的变化(即钙瞬变, Ca2+ transients), 最终产生刺激特异性的生理反应.

肌球蛋白在许多疾病中发挥了重要作用，如最近日本千叶大学研究人员发现一种名为“肌球蛋白轻链9／12”（Myl9／12）的蛋白质在哮喘等难治性过敏疾病的发病中发挥了关键作用。研究发现，Myl9／12蛋白质是CD69分子的一种新的配基，阻断二者之间的互动可有效改善实验鼠的过敏性呼吸道炎症，比如哮喘。

研究小组制成了能够阻止Myl9／12蛋白质发挥作用的抗体，并在实验鼠身上确认了这种抗体的效果。他们还成功开发了适用于人体的抗体物质，正在推进实用化的研究。目前对于重度哮喘的治疗主要是注射类固醇，但是有可能导致患者免疫力下降。日科学家据哮喘发病机制找到新抗体

（生物通：万纹）

作者简介：
李向东，男，博士，研究员，博士生导师；现为中国科学院动物研究所细胞运动与肌肉收缩研究组组长，兼任农业虫害鼠害综合治理研究国家重点实验室副主任。1990年华东化工学院生物化学专业学士毕业，1993年中国科学院上海昆虫研究所硕士毕业，1996年中国科学院上海生物化学研究所博士毕业，1996-2009年在美国马萨诸塞大学医学院从事研究工作，先后担任博士后，讲师和研究助理教授。2009年入选中国科学院****，担任中国科学院动物研究所研究员，主要从事细胞内物质转运的分子机制研究及无脊椎动物肌肉系统发育调节研究。近年来取得的研究成果主要发表于国际核心学术期刊，包括PNAS, J. Biol. Chem., Biochemistry, Insect Molecular Biology等。

研究领域：
研究方向有三个：1）肌肉系统的结构与收缩机理，侧重于研究无脊椎动物尤其是昆虫肌肉系统的发育与功能调节；2）细胞运动与细胞内物质转运，以细胞骨架及分子马达蛋白为核心，研究细胞运动与细胞内物质转运的分子机制；3）蛋白质分子马达在纳米机器中的应用，以蛋白质分子马达为核心，构建能够实现能量转换、物质转化及输运功能的人工纳米机器系统。

获奖及荣誉：
•中国科学院**** (2009-2011)
•American Heart Association Postdoctoral Fellowship (1999–2001)

原文摘要：

Calmodulin in complex with the first IQ motif of myosin-5a functions as an intact calcium sensor

The motor function of vertebrate myosin-5a is inhibited by its tail in a Ca2+-dependent manner. We previously demonstrated that the calmodulin (CaM) bound to the first isoleucine-glutamine (IQ) motif (IQ1) of myosin-5a is responsible for the Ca2+-dependent regulation of myosin-5a. We have solved the crystal structure of a truncated myosin-5a containing the motor domain and IQ1 (MD-IQ1) complexed with Ca2+-bound CaM (Ca2+-CaM) at 2.5-Å resolution. Compared with the structure of the MD-IQ1 complexed with essential light chain (an equivalent of apo-CaM), MD-IQ1/Ca2+-CaM displays large conformational differences in IQ1/CaM and little difference in the motor domain. In the MD-IQ1/Ca2+-CaM structure, the N-lobe and the C-lobe of Ca2+-CaM adopt an open conformation and grip the C-terminal and the N-terminal portions of the IQ1, respectively. Remarkably, the interlobe linker of CaM in IQ1/Ca2+-CaM is in a position opposite that in IQ1/apo-CaM, suggesting that CaM flip-flops relative to the IQ1 during the Ca2+ transition. We demonstrated that CaM continuously associates with the IQ1 during the Ca2+ transition and that the binding of CaM to IQ1 increases Ca2+ affinity and substantially changes the kinetics of the Ca2+ transition, suggesting that the IQ1/CaM complex functions as an intact Ca2+ sensor responding to distinct calcium signals.