结构不稳定突变将Bcl-2从抗凋亡蛋白转变为促凋亡蛋白

抗凋亡和促凋亡Bcl-2家族蛋白具有相似的结构。我们发现，Bcl-2的结构不稳定突变释放了它的穿孔潜能，有效地将Bcl-2转化为一种促凋亡蛋白，这种蛋白可以渗透线粒体膜，并在缺乏促凋亡穿孔蛋白的情况下拆除细胞。我们的研究表明，抗凋亡蛋白和促凋亡蛋白之间的结构相似性可以被利用来实现它们的功能转换，这在癌症治疗中具有翻译潜力。

　　

Bcl-2家族蛋白是高度保守的分子，在调节线粒体凋亡蛋白的释放中起关键作用。它们具有Bcl-2同源结构域，具有序列和结构的相似性，是它们相互作用和功能的必要条件。

该家族的抗凋亡成员，包括Bcl-2、Bcl-XL和Mcl-1，具有四个BH结构域(BH1至BH4)。另一方面，促凋亡的多黑洞成员如Bax、Bak和Bok也有四个黑洞结构域。而Bid、Bim等BH3-only成员只具有BH3域。一些BH3-only蛋白具有直接激活Bax和Bak的能力，导致它们的同源寡聚化和线粒体外膜(MOM)气孔的形成。这个过程在调节细胞凋亡中是至关重要的。

令人惊讶的是，multi-BH抗凋亡蛋白和促凋亡蛋白的结构表现出显著的相似性。主要问题在于能否通过修饰Bcl-2内部的关键结构元件，将抗凋亡的Bcl-2转化为类似Bax的促凋亡蛋白。

为了解决这个问题，来自中国和美国的一组研究人员阐明了线粒体蛋白Bcl-2结构不稳定突变诱导细胞凋亡的机制。

研究人员对Bcl-2蛋白高度保守区域内的关键氨基酸进行了突变。他们发现位于Bcl-2蛋白152 (E152)位置的谷氨酸在调节其功能方面起着关键作用。E152突变(E152A, E152C, E152S)能够通过在缺乏Bax和Bak的细胞中从线粒体中释放细胞色素c来诱导细胞凋亡。

“有趣的是，当Bcl-2蛋白的跨膜区域被切除并引入E152突变时，线粒体外膜形成了多聚体结构。这种结构变化暴露了更多的BH3结构域，最终导致了促凋亡的功能，”Jialing Lin分享道。

进一步的机制研究表明，E152突变可以消除与K22和S105形成的氢键，从而降低Bcl-2的结构稳定性，并且K22和S105突变体也具有与突变体E152相似的促凋亡功能。因此，通过体外脂质体实验，研究人员发现WT Bcl-2和E152S突变蛋白均可通过tBid介导形成大孔隙，调控膜内约10kd的分子释放。

“我们的研究为现有的关于细胞凋亡的文献做出了贡献，”共同通讯作者Quan Chen说。“它为开发靶向Bcl-2的辅助药物作为癌症治疗方法引入了新的概念和潜在的途径。”

文章标题

Structure-destabilizing mutations unleash an intrinsic perforation activity of antiapoptotic Bcl-2 in the mitochondrial membrane enabling apoptotic cell death