1月17日，我院生物治療全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室顏微-邵振華團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合浙江大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院徐浩新團(tuán)隊(duì)和張巖團(tuán)隊(duì)，以及安徽醫(yī)科大學(xué)江依洋團(tuán)隊(duì)，共同在Nature Structural & Molecular Biology（IF：12.5）雜志上發(fā)表了最新研究論文“Cryo-EM reveals cholesterol binding in the lysosomal GPCR-like protein LYCHOS“。
我院生物治療全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為本課題第一完成單位和第一通訊單位，顏微研究員為本論文的最后通訊作者。天府錦城實(shí)驗(yàn)室（前沿醫(yī)學(xué)中心）副研究員趙杰、浙江大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院/良渚實(shí)驗(yàn)室副研究員沈慶亞和四川大學(xué)博士生雍茜浩為該論文的共同第一作者。另外，我院代謝與蛋白組學(xué)平臺(tái)楊浩教授、張露實(shí)驗(yàn)師和博士研究生李信在質(zhì)譜分析方面提供了重要支持。
膽固醇是一種重要的脂類物質(zhì)，具有多種關(guān)鍵生理功能，如生成膽酸、構(gòu)成細(xì)胞膜、合成激素和維生素D等。膽固醇水平的異常會(huì)導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化、心臟病、中風(fēng)等嚴(yán)重健康問(wèn)題。關(guān)于膽固醇的研究曾多次獲得諾貝爾獎(jiǎng)，其中1985年，諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主Michael S. Brown和Joseph L. Goldstein教授發(fā)現(xiàn)了膽固醇代謝和相關(guān)疾病研究，這一發(fā)現(xiàn)推動(dòng)了他汀類藥物的開(kāi)發(fā)，惠及全球大量高脂血癥患者。
作為細(xì)胞內(nèi)代謝信號(hào)的調(diào)控中樞，溶酶體在感知細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和生長(zhǎng)因子狀態(tài)中發(fā)揮著重要作用。mTORC1是細(xì)胞生物合成途徑的關(guān)鍵調(diào)節(jié)蛋白，其活性受到溶酶體膽固醇等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)變化的調(diào)節(jié)，從而影響細(xì)胞代謝和生長(zhǎng)等關(guān)鍵生理過(guò)程。然而，溶酶體如何感知膽固醇水平并介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路的機(jī)制研究仍不清楚。GPR155曾被認(rèn)為屬于G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）家族成員，近期研究表明GPR155在溶酶體膜上能夠通過(guò)感知膽固醇水平調(diào)控mTORC1的活性，被重新命名為L(zhǎng)YCHOS。深入研究LYCHOS能否作為膽固醇的直接感受器，能夠?yàn)榛谀懝檀冀閷?dǎo)的靶向溶酶體和mTORC1信號(hào)通路的藥物開(kāi)發(fā)提供新的思路。
研究人員通過(guò)系統(tǒng)優(yōu)化蛋白表達(dá)和純化條件，成功獲得了均一性較好的蛋白質(zhì)樣品，解析了2.8?分辨率的冷凍電鏡三維結(jié)構(gòu)。結(jié)果顯示，LYCHOS由一個(gè)特殊的SLC樣結(jié)構(gòu)域和GPCR樣結(jié)構(gòu)域以‘Head-to-Tail’的方式排列（圖1b），成為目前已知唯一的GPCR與轉(zhuǎn)運(yùn)體嵌合的跨膜受體，為后續(xù)功能研究奠定了重要基礎(chǔ)。進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)比較顯示，LYCHOS的結(jié)構(gòu)構(gòu)象與PDB數(shù)據(jù)庫(kù)中的Class B1 GPCR家族受體的非激活態(tài)構(gòu)象具有較高相似性，結(jié)構(gòu)分析也揭示出其存在潛在的配體識(shí)別口袋和跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵基序（圖1c），然而LYCHOS中是否具有GPCR的經(jīng)典信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)功能仍需進(jìn)一步探索。此外，研究發(fā)現(xiàn)LYCHOS中的SLC樣結(jié)構(gòu)域與植物生長(zhǎng)素轉(zhuǎn)運(yùn)體PIN8高度相似，具有典型的轉(zhuǎn)運(yùn)底物識(shí)別的交叉“X-基序“。值得注意的是，在該區(qū)域附近，研究人員發(fā)現(xiàn)了一個(gè)未知密度，推測(cè)該底物可能結(jié)合了一種氨基酸或其它小分子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（圖1d）。這些發(fā)現(xiàn)不僅為L(zhǎng)YCHOS的功能探索提供了新的線索，也拓寬了對(duì)GPCR-轉(zhuǎn)運(yùn)體嵌合受體的研究視野。
圖1 LYCHOS的結(jié)構(gòu)特征與膽固醇識(shí)別機(jī)制
更重要的是，作為溶酶體中的膽固醇感受器，研究人員在LYCHOS的高分辨率結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)了5個(gè)膽固醇分子受體（CLR）（圖1b）。其中，CLR1和CLR2緊密結(jié)合，并位于在SLC樣和GPCR樣結(jié)構(gòu)域之間（圖1e），揭示了兩個(gè)結(jié)構(gòu)域在膽固醇識(shí)別和結(jié)合中的重要作用。此外，通過(guò)質(zhì)譜分析進(jìn)一步驗(yàn)證了膽固醇分子與LYCHOS的結(jié)合關(guān)系（圖1f）。這一結(jié)合機(jī)制為靶向LYCHOS設(shè)計(jì)先導(dǎo)化合物提供了可能性，有望推動(dòng)基于調(diào)控溶酶體LYCHOS的藥物開(kāi)發(fā)，進(jìn)一步拓展膽固醇感知相關(guān)疾病的治療策略。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41594-024-01470-9
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