内质网应激信号调控新机制：AGR2通过不对称结合IRE1β抑制UPR活性的结构基础

《Molecular Cell》：A structural basis for chaperone repression of stress signaling from the endoplasmic reticulum

本研究针对内质网（ER）应激信号如何被分子伴侣精确调控这一核心问题，通过结构生物学与生物化学手段，揭示了伴侣蛋白AGR2通过二聚体形式不对称结合IRE1β的腔内侧结构域（IRE1β_LD），破坏其活性二聚体组装，从而抑制未折叠蛋白反应（UPR）的分子机制。该研究首次解析了IRE1β-(AGR2)2复合物的冷冻电镜结构，发现AGR2的一个亚基结合IRE1β的调控环，另一亚基则通过稳定其C端β片层构象阻断二聚化，并通过分子动力学模拟证实该过程依赖于IRE1β二聚体的罕见构象波动。这一发现为理解应激信号中“伴侣竞争”模型提供了原子水平的证据，对黏膜相关疾病（如炎症性肠病）的治疗策略具有重要启示。

　　

在真核细胞中，内质网是蛋白质折叠与修饰的关键场所。当未折叠或错误折叠蛋白积累时，会触发一种名为“未折叠蛋白反应”的应激机制，通过调控基因表达、mRNA翻译和分子伴侣活性来恢复细胞稳态。然而，这一过程的“开关”如何被精确控制，尤其是分子伴侣如何抑制应激信号传导器，一直是领域内的核心问题。

以IRE1β为例，这种主要表达于黏膜分泌细胞中的应激感应蛋白，其活性受到伴侣蛋白AGR2的抑制。此前研究提出“伴侣竞争”模型：未折叠蛋白通过竞争结合有限的伴侣蛋白，间接激活应激信号。但这一模型缺乏结构证据，特别是伴侣蛋白如何直接破坏应激感应蛋白的活性构象，仍不清晰。

为解答这一问题，剑桥大学的研究团队在《Molecular Cell》上发表了最新成果，通过整合AlphaFold 2结构预测、X射线晶体学、核磁共振谱学及冷冻电镜技术，首次解析了AGR2二聚体与IRE1β腔内侧结构域的复合物结构，揭示了伴侣蛋白通过不对称结合破坏IRE1β二聚化的分子细节。

关键技术方法概览

研究利用冷冻电镜解析了IRE1β-(AGR2)₂复合物的高分辨率结构；通过生物层干涉技术验证了IRE1β调控环与AGR2的特异性结合；采用生物发光共振能量转移实验实时监测AGR2对IRE1β二聚体解离的动力学过程；借助分子动力学模拟分析了IRE1β二聚体的构象波动；通过基因编辑的CHO细胞模型验证了结构发现的功能相关性。

研究结果

1. IRE1β的柔性调控环直接介导与AGR2的相互作用

AlphaFold 2多聚体预测显示，IRE1β腔内侧结构域的一个表面环（残基P323-Y346）包含两个短线性模体，可结合AGR2的活性位点区域。缺失该环的IRE1β突变体在体外和细胞中均丧失了对AGR2的响应能力，证实该环是AGR2抑制功能的关键结构基础。

2. AGR2二聚体通过不对称结合破坏IRE1β活性二聚体

冷冻电镜结构表明，AGR2以头对头二聚体形式结合单个IRE1β分子。其中一个AGR2亚基结合IRE1β的调控环，另一亚基则与IRE1β C端新形成的β片层相互作用。这种不对称结合导致IRE1β的活性二聚化界面被空间阻碍，无法形成稳定的二聚体。

3. AGR2二聚化是其抑制功能的前提

通过构建AGR2 Q56W突变体（破坏二聚化界面），研究发现单体形式的AGR2虽能结合IRE1β调控环，却无法有效解离IRE1β二聚体。在细胞实验中，单体AGR2同样丧失抑制UPR信号的能力，说明二聚化是AGR2发挥功能的关键。

4. 分子动力学模拟揭示AGR2的作用机制

模拟结果显示，IRE1β二聚体在稳态下极少暴露第二个AGR2结合位点，但AGR2可通过其首个亚基的锚定，捕捉并稳定这一罕见构象，进而促进二聚体解离。这一过程类似于“构象选择”机制，而非直接的能量驱动。

结论与意义

本研究首次从原子层面揭示了伴侣蛋白通过结构干扰抑制应激信号传导器的精确机制。AGR2通过二聚体形式“双管齐下”：一方面以典型客户蛋白模式结合IRE1β的调控环，另一方面通过稳定其C端构象阻断二聚化。这一机制不仅解释了IRE1β在黏膜细胞中的特异性调控，也为理解其他应激通路提供了范式。

更重要的是，该研究揭示了UPR信号调控的动态本质：在稳态下，游离的AGR2通过捕获IRE1β瞬时暴露的脆弱构象维持其失活状态；而当未折叠蛋白积累时，它们通过竞争结合AGR2的活性位点，释放IRE1β并激活UPR。这种基于质量作用的调控方式，无需直接消耗能量，却实现了对细胞应激状态的灵敏响应。

这一发现对黏膜相关疾病（如炎症性肠病）的治疗具有潜在意义。AGR2的寡聚状态可能成为调控IRE1β活性的新靶点，而该研究中建立的结构模型将为相关药物设计提供精准模板。