生命學(xué)院楊茂君課題組與中科院上海藥物所以及同濟(jì)大學(xué)附屬第一婦嬰保健院合作報(bào)道CLC-7/Ostm1轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白復(fù)合物的結(jié)構(gòu)和門控機(jī)制
2020年8月12日，清華大學(xué)楊茂君教授課題組與中科院上海藥物研究所李揚(yáng)研究員課題組以及同濟(jì)大學(xué)附屬第一婦嬰保健院劉志強(qiáng)教授課題組合作在《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）雜志在線發(fā)表了題為 “人源CLC-7/Ostm1轉(zhuǎn)運(yùn)體的結(jié)構(gòu)與分子機(jī)理 (Molecular insights into the human CLC-7/Ostm1 transporter)” 的研究論文。該研究首次解析CLC家族蛋白與輔助亞基的復(fù)合物結(jié)構(gòu)，并且通過結(jié)構(gòu)分析和電生理試驗(yàn)，詳盡闡明了CLC-7/Ostm1復(fù)合物的門控機(jī)制，研究結(jié)論將為骨硬化病臨床治療策略的研發(fā)提供新的思路。
骨硬化病是一種具有家族遺傳傾向的罕見病，臨床癥狀包含骨硬度增加，骨骼生長異常，嚴(yán)重患者可表現(xiàn)小頜畸形、腦積水、顱神經(jīng)壓迫、額部隆起、眼突出、后鼻孔狹窄等，針對(duì)該類疾病尚無良好的防治手段。臨床研究表明目前至少有八種基因突變能夠?qū)е鹿怯不?。其中CLC-7蛋白屬于氯離子轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)的CLC家族蛋白，CLC-7蛋白主要分布在溶酶體和破骨細(xì)胞褶皺膜上，Ostm1可以作為CLC-7的輔助蛋白來維持骨重吸收和溶酶體生理功能。目前研究表明，人源CLCN7和Ostm1的基因突變能夠?qū)е聡?yán)重的骨硬化疾病和溶酶體貯積紊亂疾病。雖然目前已經(jīng)報(bào)道解析了大腸桿菌和紅藻的CLC轉(zhuǎn)運(yùn)體蛋白，但對(duì)于人源的CLC-7/Ostm1蛋白復(fù)合物的結(jié)構(gòu)仍然未知。因此闡述CLC-7/Ostm1蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)以及生理功能對(duì)骨硬化病的治療具有指導(dǎo)意義。
研究團(tuán)隊(duì)使用哺乳動(dòng)物細(xì)胞系統(tǒng)表達(dá)純化了CLC-7/Ostm1的復(fù)合物，并通過冷凍電鏡第一次解析了CLC-7與輔助亞基Ostm1的復(fù)合物結(jié)構(gòu)。CLC-7/Ostm1復(fù)合物結(jié)構(gòu)顯示高度糖基化的Ostm1在空間上像 “帽子” 一樣位于CLC-7上方，并與CLC-7形成相互作用，
圖示: CLC-7/Ostm1的三維結(jié)構(gòu)展示
通過結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)CLC-7中N端結(jié)構(gòu)域與其他已解析的CLC蛋白N端結(jié)構(gòu)不同；CLC-7的N端結(jié)構(gòu)域插入到CLC-7的跨膜區(qū)和胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域接觸面縫隙中，并與跨膜區(qū)和胞內(nèi)區(qū)形成相互作用。同時(shí)，結(jié)合基因突變（點(diǎn)突變）和電生理實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)CLC-7結(jié)構(gòu)域接觸面（跨膜區(qū)與跨膜區(qū)接觸面，跨膜區(qū)與胞內(nèi)區(qū)接觸面，以及N端結(jié)構(gòu)域與跨膜區(qū)和胞內(nèi)區(qū)接觸面）多個(gè)位點(diǎn)突變均可導(dǎo)致CLC-7/Ostm1復(fù)合物 “慢門控” 特征發(fā)生變化。結(jié)構(gòu)分析和電生理試驗(yàn)表明CLC-7結(jié)構(gòu)域接觸面的相互作用是影響CLC-7/Ostm1復(fù)合物 “慢門控” 的關(guān)鍵因素。
清華大學(xué)生命學(xué)院楊茂君教授、中科院上海藥物所李揚(yáng)研究員和同濟(jì)大學(xué)附屬第一婦嬰保健院劉志強(qiáng)教授為本文共同通訊作者，清華大學(xué)生命學(xué)院博士后張森森，博士生劉洋，周俊以及同濟(jì)大學(xué)附屬第一婦嬰保健院副研究員張兵為本文共同第一作者，中科院上海藥物所博士生李天宇幫助了電生理實(shí)驗(yàn)。本研究受到了國家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目，中科院戰(zhàn)略重點(diǎn)研究項(xiàng)目基金以及國家自然科學(xué)基金的支持。
論文鏈接：https://advances.sciencemag.org/content/6/33/eabb4747
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