VCP-VCPIP1-p47三元复合物的结构基础揭示高尔基体维持的分子机制

研究人员针对VCP/p97如何与去泛素化酶VCPIP1及适配蛋白p47协同调控高尔基体重组这一关键科学问题，通过冷冻电镜技术解析了VCP-VCPIP1二元复合物及VCP-VCPIP1-p47三元复合物的高分辨率结构。研究发现VCPIP1通过UBX结构域和新型VCPID结构域双价结合VCP，揭示了p47竞争性结合机制，并证实VCPID对去泛素化活性的调控作用。该研究为理解AAA+ATP酶在膜融合过程中的非经典功能提供了结构基础，发表于《Nature Communications》。

　　

在真核细胞中，高尔基体的动态组装与细胞分裂周期密切相关，这一过程需要多种蛋白质机器的精密调控。其中，AAA+ATP酶VCP（又称p97）作为细胞内的"分子马达"，通过与不同辅助因子结合参与多种生理过程。然而，VCP如何与去泛素化酶VCPIP1（又称VCIP135）及适配蛋白p47形成功能性复合物来促进高尔基体重新组装的分子机制，长期以来是领域内的未解之谜。这项发表在《Nature Communications》的研究，通过高分辨率结构生物学方法揭开了这一关键生命过程的神秘面纱。

研究人员主要运用了以下关键技术：冷冻电镜(cryo-EM)解析VCP复合物结构（分辨率达2.3?）；时间分辨荧光共振能量转移(TR-FRET)测定蛋白相互作用；泛素-罗丹明(Ub-Rho)水解实验分析去泛素化酶活性；CRISPR/Cas9基因编辑构建VCPIP1敲除细胞系；免疫荧光显微术定量高尔基体形态变化。

VCP与VCPIP1通过多价相互作用结合

冷冻电镜结构显示VCPIP1通过两个独立界面结合VCP：其UBX结构域（aa773-852）与VCP的N端结构域相互作用，而新鉴定的VCPID结构域（aa589-666）则与两个相邻VCP原体的D2结构域形成接触。这种双价结合模式将VCPIP1的催化结构域定位于VCP中央孔附近，为底物加工提供了理想空间。

VCPID增强去泛素化酶活性

通过构建VCPIP1截短体（ΔVCPID、ΔUBX等）并结合酶活实验发现，虽然UBX结构域是VCP结合的主要决定因素（K_D,app=79.5nM），但VCPID对VCP介导的去泛素化活性增强至关重要。有趣的是，ATP/ADP等核苷酸会减弱这种相互作用，提示核苷酸状态可能调控复合物动态组装。

VCP-VCPIP1-p47三元复合物的结构特征

在生理性三元复合物中，p47的UBX结构域通过F343竞争性占据VCPN端结构域的疏水口袋，而VCPIP1仍通过VCPID维持与VCPD2结构域的相互作用。TR-FRET竞争实验显示p47（IC₅₀=20.4nM）比VCPIP1（IC₅₀=74.54nM）对VCP具有更高亲和力，表明两种适配蛋白可能动态竞争N端结合位点。

VCPIP1功能域在高尔基体组装中的必要性

利用CRISPR/Cas9构建的VCPIP1敲除细胞系显示高尔基体基质（GM130标记）显著收缩。回补实验证实，VCPIP1的UBX结构域、VCPID及催化半胱氨酸C219均为维持正常高尔基体形态所必需，其中VCPID缺失或催化失活突变体均无法挽救敲除表型。

这项研究首次在原子水平揭示了VCP-VCPIP1-p47三元复合物的组装机制，阐明了VCPIP1通过双价结合模式将去泛素化酶活性精准递送至膜融合位点的分子基础。特别值得注意的是，VCPID的发现拓展了人们对VCP辅助因子相互作用网络的认识，其独特的β-发夹环和双α螺旋结构与D2结构域的相互作用模式，为开发特异性靶向高尔基体组装通路的小分子抑制剂提供了新思路。这些发现不仅深化了对AAA+ATP酶多功能性的理解，也为相关疾病（如包涵体肌病）的治疗策略开发奠定了理论基础。Binita Shah、Moritz Hunkeler等研究者通过整合结构生物学、生物化学和细胞生物学方法，完美诠释了VCP在非经典途径中的工作机制，为细胞器动态调控领域做出了重要贡献。