由亮氨酸拉链（Leucine zipper）结构域介导的DDR1和DDR2的跨膜结合

《Magnetic Resonance Letters》：Transmembrane association of DDR1 and DDR2 mediated by Leucine zipper motifs

本研究通过BACTH体系和NMR光谱分析，揭示了DDR1和DDR2跨膜域（TMD）的相互作用机制。结果表明，TMD的同型及异型相互作用均由亮氨酸拉链介导，而非GXXXA结构。NMR验证了DDR1TMD与DDR2TMD在膜环境中的稳定结合，系统突变分析进一步确认亮氨酸拉链的关键作用。该发现为理解DDR受体激活的分子机制及靶向治疗提供了新依据。

　　这项研究聚焦于盘状结构域受体（Discoidin Domain Receptors, DDRs）家族中的两个主要成员——DDR1和DDR2。DDRs属于受体酪氨酸激酶（Receptor Tyrosine Kinases, RTKs）家族，是一类单次跨膜蛋白，其激活方式具有独特的缓慢且持续的特性，与其他典型的RTKs有所不同。尽管DDRs在细胞黏附、分化以及癌症进展中发挥着重要作用，但其激活机制仍存在许多未解之谜。研究团队通过多种实验方法，深入探讨了DDRs跨膜结构域（Transmembrane Domain, TMD）的相互作用模式，揭示了其在细胞膜内的动态行为。

DDRs通常由细胞外结构域（Extracellular Domain, ECD）、跨膜结构域（TMD）和细胞内结构域（Intracellular Domain, ICD）组成，其中ICD包含激酶结构域（Kinase Domain, KD）。与典型的RTKs不同，DDRs的激活依赖于多种三螺旋胶原蛋白，而非可溶性配体。此外，DDRs的激活过程具有显著的延迟性，最大激活需要数小时，并且在胶原蛋白刺激后仍能持续活跃超过一天。这种独特的激活模式表明，DDRs的激活机制与常规RTKs存在显著差异，因此对其跨膜结构域的深入研究显得尤为重要。

研究发现，DDRs的跨膜结构域不仅在同源（homo-）相互作用中发挥关键作用，而且在异源（hetero-）相互作用中表现出更强的结合能力。为了验证这一点，研究团队采用了一种基于细菌腺苷酸环化酶（Bacterial Adenylate Cyclase, BACTH）的双杂交系统。该系统利用腺苷酸环化酶（CyaA）的两个互补片段T18和T25，通过将目标蛋白分别与这两个片段融合，当目标蛋白在细菌中稳定结合时，能够恢复腺苷酸环化酶的活性，从而形成蓝色菌落。这一方法为研究跨膜结构域的相互作用提供了强有力的证据。

此外，研究团队还通过核磁共振（NMR）技术进一步验证了跨膜结构域的相互作用。他们将DDR1和DDR2的跨膜结构域重新构建到模拟细胞膜环境的脂质双分子层样结构（bicelles）中，并观察到明显的化学位移变化。这些变化直接证明了跨膜结构域之间的强相互作用。通过系统性突变分析，研究团队发现，这些相互作用主要由亮氨酸螺旋（leucine zipper）结构域介导，而非传统的GXXXA结构域。这一发现不仅揭示了DDRs在膜内的相互作用模式，也为理解其非典型激活机制提供了新的视角。

研究还指出，尽管DDR1和DDR2在序列上具有高度相似性（约50%的同源性），它们对胶原蛋白类型的偏好和组装特性存在显著差异。例如，DDR1可以结合非纤维胶原蛋白IV，并且在单体胶原蛋白刺激下形成球状簇，而DDR2则偏好纤维胶原蛋白X。此外，DDR1和DDR2的跨膜结构域在细胞膜上可以形成稳定的异源复合物，这种相互作用并不依赖于胶原蛋白的结合，而是独立于胶原蛋白的激活过程。这表明，跨膜结构域在DDRs的信号传导中具有至关重要的作用。

研究团队通过实验验证了跨膜结构域在细胞膜内的相互作用特性，并进一步探讨了这些相互作用在细胞迁移和增殖中的潜在影响。他们发现，当细胞中DDR1和DDR2高度表达时，细胞迁移受到显著抑制，这可能与跨膜结构域形成的异源复合物有关。然而，具体的分子机制仍有待进一步研究。此外，研究还强调了跨膜结构域在DDRs激活过程中的动态特性，这种特性使得DDRs在细胞膜上形成稳定的复合物，从而影响其构象变化和激活效率。

研究团队采用了一系列实验方法，包括BACTH双杂交系统、NMR光谱分析和圆二色光谱（Circular Dichroism, CD）技术，对DDR1和DDR2的跨膜结构域进行了深入分析。通过这些方法，他们不仅验证了跨膜结构域的相互作用特性，还揭示了其在不同细胞类型中的行为差异。例如，在某些细胞类型中，DDR1和DDR2可以在胶原蛋白刺激前或沿胶原蛋白纤维形成稳定的异源复合物。这种相互作用的独立性表明，跨膜结构域在DDRs的信号传导中具有独特的功能。

研究还发现，尽管GXXXA结构域在某些RTKs的跨膜相互作用中起着重要作用，但DDR1和DDR2的跨膜结构域主要依赖于亮氨酸螺旋结构域。这一发现与之前的研究结果一致，即破坏亮氨酸螺旋结构域会显著影响胶原蛋白诱导的跨膜信号传导，而GXXXA结构域的突变则不会产生明显影响。这表明，亮氨酸螺旋结构域在DDRs的跨膜相互作用中具有核心作用，而GXXXA结构域则可能不是关键因素。

研究团队进一步指出，跨膜结构域的相互作用不仅影响DDRs的激活，还可能在细胞迁移和增殖中起到调控作用。由于跨膜结构域的动态特性，它们在细胞膜上的相互作用可能导致构象变化，从而影响DDR的激活效率。此外，研究还强调了跨膜结构域在DDRs激活过程中的重要性，以及其在癌症相关病理中的潜在应用价值。通过深入研究跨膜结构域的相互作用，可以为开发新的药物靶点提供理论依据。

总的来说，这项研究为理解DDRs的激活机制提供了新的视角，揭示了跨膜结构域在DDRs信号传导中的关键作用。研究团队通过多种实验方法，包括BACTH双杂交系统、NMR光谱分析和CD技术，系统性地验证了跨膜结构域的相互作用特性。这些发现不仅加深了对DDRs在细胞膜内行为的理解，也为未来研究提供了新的方向。跨膜结构域的相互作用可能成为调控DDRs相关病理的新靶点，从而为癌症治疗和细胞生物学研究带来新的突破。