中國科大王朝課題組在Ephexin家族蛋白自抑制與激活的機制研究中取得進展
Ephrin-Eph信號通路通過調(diào)節(jié)下游Rho GTPase的活性調(diào)控細胞骨架動態(tài)變化，在神經(jīng)發(fā)育及信號轉導、細胞極性、細胞遷移、代謝平衡等過程發(fā)揮關鍵作用。Eph受體是酪氨酸蛋白激酶受體家族最大的分支，其可以招募多種Rho GTPase調(diào)節(jié)蛋白復合物（RhoGEF和RhoGAP）發(fā)揮功能。Ephexin（Eph-interacting exchange protein）家族蛋白是Ephrin-Eph通路下游重要的RhoGEF，負責激活Rho GTPase。編碼Ephexin家族蛋白的基因的突變與多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病及腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關。為了實現(xiàn)Rho GTPase時空尺度上的精準調(diào)控，Ephexin家族蛋白可以選擇自抑制和激活的兩種構象狀態(tài)，但分子機制尚不明確。
近日，中國科學技術大學生命科學與醫(yī)學部王朝教授課題組和上海交通大學Bio-X研究院朱金偉教授課題組合作在PNAS在線發(fā)表題為Double inhibition and activation mechanisms of Ephexin family RhoGEFs的研究論文，首次揭示了Ephexin家族RhoGEF雙重自抑制及激活的分子機制。
本項工作發(fā)現(xiàn)Ephexin4 RhoGEF的自抑制包含兩個部分：1）其羧基端的SH3-HC串聯(lián)結構域能夠與GEF酶活中心-DH-PH結構域相互作用，從而阻礙了RhoG的進入，抑制了催化反應；2）其氨基端的一段保守的多肽序列（IH多肽序列）也能結合到DH結構域上，抑制Ephexin4的酶活。
該工作運用結構生物學方法分別研究了Ephexin4的羧基端自抑制和雙重自抑制的三維結構信息，詳細闡明了Ephexin4自抑制的結構基礎和分子機理（圖1）。有趣的是，結構分析顯示自抑制界面上關鍵殘基（如R706）在腫瘤中發(fā)生突變（R706L），這一突變將打破自抑制構象，從而激活Ephexin4的酶活。生化實驗也證實了這一結構分析（圖1）。
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圖1. Ephexin4的氨基端自抑制構象
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本工作進一步探索了Ephexin4自抑制構象激活的可能機制。作者發(fā)現(xiàn)，DLG1或Tip1蛋白的PDZ結構域可以結合Ephexin4羧基末端的PDZ結合序列（PDZ-binding motif，PBM）；這一相互作用能夠有效的激活Ephexin4羧基端的自抑制。Ephexin家族蛋白氨基端的IH自抑制多肽序列“LY220Q”中的Tyr220據(jù)報道能夠被Src等酪氨酸激酶磷酸化。結構分析及生化實驗證實這一磷酸化將大大降低抑制多肽與DH結構域的相互作用，從而打開自抑制構象（圖2）。重要的是，上述兩種Ephexin4的激活機制在細胞里也是同樣的工作機制。進一步研究表明，Ephexin家族其他蛋白以及另一個RhoG-GEF-SGEF也采用同樣的自抑制模式（圖2）。
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圖2. Ephexin家族RhoGEF雙重自抑制和激活分子機制示意圖
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綜上，本項工作通過綜合運用結構生物學、生物化學和細胞生物學等方法，闡明了Ephexin家族蛋白雙重自抑制和激活的分子機理，為相關神經(jīng)系統(tǒng)疾病和腫瘤的發(fā)病機制提供了可靠的結構闡釋，并為相關藥物的開發(fā)提供了基礎。
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中國科學技術大學王朝教授以及上海交通大學朱金偉教授為論文的共同通訊作者，中國科學技術大學博士研究生張猛和上海交通大學助理研究員林霖為論文的共同第一作者。中國科學技術大學為文章第一單位。該研究工作獲得了無膜細胞器與細胞動力學教育部重點實驗室、微尺度國家研究中心、國家自然科學基金委、科技部等項目支持。
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論文鏈接：?https://doi.org/10.1073/pnas.2024465118
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（無膜細胞器與細胞動力學教育部重點實驗室、合肥微尺度物質(zhì)科學國家研究中心、生命科學與醫(yī)學部、科研部）
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