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重磅|浙江大學醫學院两篇研究长文在《科学》杂志同时上线

发布日期:2019年10月25日 09:15:47 来源:党政办公室
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  10月25日凌晨两点,浙江大學醫學院两篇研究长文同时在《科学》杂志上线,分别是,郭江涛教授课题组关于钾-氯共转运蛋白的电镜结构上的重要发现及Dante Neculai教授课题组在机体防御外来病原体和应激物机制上取得的重大突破。?

浙江大學醫學院郭江涛团队Science发文揭示钾-氯共转运蛋白的电镜结构

10月25日,浙江大學醫學院郭江涛课题组在Science杂志上发表题为“Cryo-EM Structures of the Human Cation-Chloride Cotransporter KCC1”的研究论文,解析了人源钾-氯共转运蛋白KCC1 的2.9?高分辨冷凍電鏡結構,揭示了KCC1共轉運鉀離子和氯離子的分子機理,爲相關疾病治療和藥物設計提供了新的視角。

陽離子-氯離子共轉運蛋白利用細胞膜內外側的陽離子電化學梯度將陽離子和氯離子同時從細胞膜一側轉運至另一側。根據轉運離子種類的不同,陽離子-氯離子共轉運蛋白可以分爲三類,分別爲鈉-鉀-氯共轉運蛋白、鈉-氯共轉運蛋白和鉀-氯共轉運蛋白。KCC利用細胞膜內外兩側的鉀離子濃度梯度將細胞內的鉀離子和氯離子共轉運至細胞外。KCC不但可以調節細胞體積、承擔腎小管的重吸收作用,而且調控神經元細胞內部氯離子濃度和神經元的興奮性,是臨床上治療癫痫等疾病的藥物靶點。

研究人員通過單顆粒冷凍電鏡技術解析了人源KCC1三種狀態下的高分辨率結構。KCC1的跨膜區與胞外區結構域參與二聚體的形成。通過分析不同狀態下的KCC1的結構,研究人員鑒定出一個鉀離子和兩個氯離子的結合位點。結合離子轉運實驗、分子動力學模擬、結構比較等方法,闡明了KCC1以1:1的比例同向轉運鉀離子和氯離子的機理。最後,基于該項工作,研究人員提出了一個KCC1共轉運鉀離子和氯離子的模型。該研究爲臨床上治療癫痫等相關疾病提供結構信息,對相關新型藥物的研發具有重要意義。

该研究工作主要由浙江大學醫學院郭江涛团队、德克萨斯大学西南医学中心白晓辰团队、天津大学叶升团队、范德比尔特大学Eric Delpire团队以及浙江大学物理学院李敬源团队合作完成;刘斯、常圣海、韩斌铭为共同第一作者。该工作得到了浙江大學醫學院杨巍教授、冷冻电镜中心主任张兴教授的帮助。该研究受到国家自然科学基金委、科技部重点研发计划、千人计划等项目的资助。

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图1. 人源KCC1的结构。(A)KCC1的二聚体结构;(B)KCC1的钾离子与氯离子结合位点。

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Dante Neculai教授團隊在防禦病原細菌侵染機制研究上取得重大突破

10月25日,浙江大學醫學院Dante Neculai教授团队在Science杂志上发表题为“Palmitoylation of NOD1 and NOD2 is required for bacteria sensing”的研究论文。该文发现NLR家族的两个重要受体蛋白NOD1和NOD2能够在棕榈酰转移酶ZDHHC5的作用下发生棕榈酰化修饰,从而介导细菌性炎症信号通路的发生。

先天性免疫反应是人体防御外来病原体和应激物的第一道防线。这种快速非特异性的反应依赖于模式识别受体(pattern recognition receptors,PRRs)对病原 相关分子模式(pathogen associate molecular patterns, PAMPs)以及损伤细胞所释 放的损伤相关分子模式(damage-associated molecular patterns, DAMPs)的快速识别。

胞质中的 NOD1 和 NOD2 是抗细菌免疫的关键 PRR,它们通过识别细菌胞壁成分肽聚糖来介导免疫应答信号途径活化,因而在先天性免疫系统中发挥重要作用。 NOD1 和 NOD2 结构相似,其 N 端含有一 个或两个串联的 CARD 结构域,中间是一个 NACHT 结构域,C 端含有一系列 和配体结合的 LRRs 结构域 。一系列研究发现NOD1/2 的寡聚化依赖质膜或内体膜上的定位,并且克罗恩疾病相关的 NOD2 SNP 是缺失了 C 末端的 NOD2 突变体—NOD2.3020insC,仅定位于细胞质,失去识别 MDP 引发免疫应答反应的能力。由此说明NOD1和NOD2蛋白在在细胞质膜的定位对于其行使功能有重要意义。那么调控NOD1/2定位的机理是什么,这一过程又是怎样被调控的?其正确的定位有什么作用?

?Dante Neculai教授的团队采用新的蛋白互作质谱联用法(BioID),酰基生物素置换法(ABE)及荧光素酶报告系统,基因敲除鼠等手段,发现NOD1和NOD2的棕榈酰化修饰是影响其亚细胞定位及正确免疫应答功能的关键因素,并鉴定了NOD1和NOD2棕榈酰化的发生位点及相应的棕榈酰转移ZDHHC5。ZDHHC5 主要定位于细胞质膜,NOD1/2 能够在此被棕榈酰化从而定位于质膜。另外,在沙门氏菌的侵袭下,ZDHHC5 能够被招募于含病原菌的内体膜, 从而吸引并修饰胞质内更多 NOD1/2,使其定位于内体膜。 各种 SLC 家族的转运蛋白将病原菌细胞壁中的肽聚糖组分转运至细胞质中(如 MDP, DAP),棕榈酰化修饰的 NOD1和NOD2 能够识别并诱发细胞内 NOD1/2 介导的免疫应答,从而促使入侵者被自噬降解及宿主细胞炎症因子的释放。

該論文由浙江大學基礎醫學系博士生陸喦,鄭裕萍,加拿大Princess Margaret癌症研究所研究中心博士後?tienne Coyaud, 浙江大学基础医学系讲师张超为共同第一作者完成。浙江大学基础医学院Dante Neculai教授,孙启明教授,加拿大Princess Margaret癌症研究所研究中心Brain Raught教授,多伦多St Michael医院Gregory D. Fairn教授为共同通讯作者。

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