中國科大王朝課題組在Ephexin家族蛋白自抑制與激活的機(jī)制研究中取得進(jìn)展
Ephrin-Eph信號通路通過調(diào)節(jié)下游Rho GTPase的活性調(diào)控細(xì)胞骨架動態(tài)變化，在神經(jīng)發(fā)育及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞極性、細(xì)胞遷移、代謝平衡等過程發(fā)揮關(guān)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(fù)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(fù)責(zé)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(guān)。為了實(shí)現(xiàn)Rho GTPase時空尺度上的精準(zhǔn)調(diào)控，Ephexin家族蛋白可以選擇自抑制和激活的兩種構(gòu)象狀態(tài)，但分子機(jī)制尚不明確。
近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)部王朝教授課題組和上海交通大學(xué)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(jī)制。
本項(xiàng)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(jié)構(gòu)域能夠與GEF酶活中心-DH-PH結(jié)構(gòu)域相互作用，從而阻礙了RhoG的進(jìn)入，抑制了催化反應(yīng)；2）其氨基端的一段保守的多肽序列（IH多肽序列）也能結(jié)合到DH結(jié)構(gòu)域上，抑制Ephexin4的酶活。
該工作運(yùn)用結(jié)構(gòu)生物學(xué)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(jié)構(gòu)信息，詳細(xì)闡明了Ephexin4自抑制的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和分子機(jī)理（圖1）。有趣的是，結(jié)構(gòu)分析顯示自抑制界面上關(guān)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(gòu)象，從而激活Ephexin4的酶活。生化實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了這一結(jié)構(gòu)分析（圖1）。
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圖1. Ephexin4的氨基端自抑制構(gòu)象
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本工作進(jìn)一步探索了Ephexin4自抑制構(gòu)象激活的可能機(jī)制。作者發(fā)現(xiàn)，DLG1或Tip1蛋白的PDZ結(jié)構(gòu)域可以結(jié)合Ephexin4羧基末端的PDZ結(jié)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(jié)構(gòu)分析及生化實(shí)驗(yàn)證實(shí)這一磷酸化將大大降低抑制多肽與DH結(jié)構(gòu)域的相互作用，從而打開自抑制構(gòu)象（圖2）。重要的是，上述兩種Ephexin4的激活機(jī)制在細(xì)胞里也是同樣的工作機(jī)制。進(jìn)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(jī)制示意圖
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綜上，本項(xiàng)工作通過綜合運(yùn)用結(jié)構(gòu)生物學(xué)、生物化學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)等方法，闡明了Ephexin家族蛋白雙重自抑制和激活的分子機(jī)理，為相關(guān)神經(jīng)系統(tǒng)疾病和腫瘤的發(fā)病機(jī)制提供了可靠的結(jié)構(gòu)闡釋，并為相關(guān)藥物的開發(fā)提供了基礎(chǔ)。
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中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)王朝教授以及上海交通大學(xué)朱金偉教授為論文的共同通訊作者，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士研究生張猛和上海交通大學(xué)助理研究員林霖為論文的共同第一作者。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)為文章第一單位。該研究工作獲得了無膜細(xì)胞器與細(xì)胞動力學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、微尺度國家研究中心、國家自然科學(xué)基金委、科技部等項(xiàng)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(xì)胞器與細(xì)胞動力學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心、生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)部、科研部）
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