2篇Science之后，颜宁再发2篇文章，在结构领域取得新突破

　　角鲨烯环氧酶（也称为角鲨烯单加氧酶）是胆固醇生物合成中的关键限速酶。 Anil Padyana及其同事报告了人体角鲨烯环氧酶（SQLE）结构。他们单独解决了人SQLE催化结构域的晶体结构，并与两种相似的药理学抑制剂复合，并阐明了它们的作用机制。SQLE是杀真菌剂的目标，并且与人类健康和疾病的联系日益增加，特别是作为新的抗癌靶标。2019年2月21日，颜宁等人在Nature communications杂志发表了题为“The shape of human squalene epoxidase expands the arsenal against cancer”的精彩评论。

　　葡萄糖是新陈代谢的主要能量来源，也是生物分子合成的多功能前体。谷氨酸转运体家族成员谷氨酸转运体1或谷氨酸转运体3在各种类型的肿瘤中过表达，这使得它们成为新的抗癌药物发现的潜在靶点。2019年3月5日，颜宁团队在Cell Discovery上发表了题为“Engineered XylE as a tool for mechanistic investigation and liganddiscovery of the glucose transporters GLUTs”的研究论文。该文中研究人员开发了一个体外分析系统，该系统包含不同构象的木质部，可用于初步筛选葡萄糖转运蛋白抑制剂和区分外表面和内表面配体。

　　这也是颜宁团队继2019年开年以来2篇Science后厚积薄发，颜宁团队Science背靠背同期发表2篇论文，阐述离子通道结构，在结构生物学研究领域又一次取得新成果。

　　Nature Communications：人类角鲨烯环氧酶的结构基础扩大了抗癌的武器

　　SQLE正成为一个热门话题，酵母同源物ERG1是特比萘芬等抗真菌剂的靶标。人体酶长期以来一直是潜在的降胆固醇目标，普通食品和饮料中的天然产品，如大蒜，红酒和绿茶，可通过抑制SQLE2降低血液胆固醇水平。最近，人类SQLE作为真正的致癌基因和癌症治疗的目标已经获得突出地位。

　　像大多数胆固醇酶一样，SQLE位于内质网中，也可能位于脂滴上。该酶在真核生物中是保守的，在人SQLE和酵母ERG1之间具有45％的序列同源性。 SQLE催化胆固醇合成中的第一个氧合步骤，将环氧基团引入类异戊二烯角鲨烯中以形成2,3（S）  -氧代角鲨烯。在类异戊二烯可以折叠成特征性的甾体四稠环结构之前，需要这种环氧化作用，通过随后的酶，羊毛甾醇合成酶催化的一些显著的分子折射。

　　SQLE酶  -底物复合物的分子相互作用必须精确，以严格控制环氧化反应的区域和立体化学。得到的氧原子成为胆固醇的特征羟基。 该反应需要分子氧，FAD，NADPH和包括NADPH-细胞色素P450还原酶的电子转移配偶体。 将底物递送至SQLE的活性位点需要阴离子磷脂和脂质转移蛋白，上清蛋白因子（SPF）。

　　过去二十年的工作研究了SQLE的几个关键结构特征。 催化结构域含有FAD结合基序（G-Box，GD-和DG-基序），它们是黄素单加氧酶的特征。 DG指纹还用于识别NADPH辅因子，并且位于重组大鼠SQLE中通过光亲和标记实验鉴定为底物结合位点的一片残基内。尽管已经针对各种来源的SQLE研究了底物需求、辅因子和抑制剂，但到目前为止还没有结构模型可用。 此外，负责酶活性和抑制剂相互作用的结构域尚不清楚。

　　人类SQLE催化结构域的结构最终由Padyana及其同事揭晓。他们单独测定了FAD结合的人SQLE的晶体结构，并用两种有效的抑制剂NB-598和Cmpd-4“。尽管散布的一级序列，N末端截短的蛋白质含有三个不同的结构域，FAD结合结构域，底物结合结构域和C末端螺旋膜结合结构域。两种抑制剂结合的结构非常相似，其中抑制剂深埋在细长的疏水隧道内，疏水隧道在黄素组旁边有一个开口。与结合抑制剂的结构相比，未结合的结构在底物结合结构域中表现出轻微的构象转变。特别地，与底物结合结构域中的抑制剂氢键结合的保守Y195残基与FAD结合结构域中的残基Q168一起远离氢键。突变Y195几乎完全消除了催化活性，支持了Y195-Q168之间相互作用的功能意义。

　　结合抑制剂的隧道也可能是角鲨烯结合位点，作者提出了基于对接实验的角鲨烯结合SQLE模型。有趣的是，尽管有结构意义，动力学分析表明NB-598和Cmpd-4“具有非竞争性抑制作用，作者认为抑制剂的结合模式缓慢而紧密。该结构还提供了对SQLE立体和区域特异性催化作用机制的深入了解。

　　人类SQLE催化结构域的晶体结构无疑是对人类健康和疾病至关重要的，同时对该领域感兴趣的研究人员来说也是一大福音。实际上，随附的化学生物学研究提供了更有说服力的证据，证明SQLE在某些癌症中具有突出的作用。

　　原文链接：

　　https://www.nature.com/articles/s41467-019-08866-y

　　Cell Discovery：颜宁团队在葡萄糖转运蛋白研究领域再次取得新成果

　　细胞对葡萄糖的摄取主要依赖于两种类型的葡萄糖转运蛋白，钠梯度驱动的葡萄糖转运蛋白SGLT家族和促进型单转运蛋白GLUT家族。肿瘤细胞对葡萄糖的摄取显著增加，以弥补糖酵解产生三磷酸腺苷的效率较低，这种现象被称为沃伯格效应。GLUT和XylE都含有中心底物结合位点，其在向外和向内的状态下容纳配体。然而，由于伴随向外和向内构象之间的转换的局部结构移位，该初级结合位点经历轻微的构象变化。此外，麦芽糖结合的GLUT3的结构揭示细胞外侧的潜在的二级葡萄糖结合位点，其在细胞内侧缺乏。

　　研究试图解决两个问题。第一，XylE在外向和内向构象（如GLUT1）中是否具有相同的不对称结合亲和力？其次，可以用XylE来区分GLUTs的面部和面部配体吗？为了测试这个命题，研究人员试图设计出具有组成型向外或向内状态的XylE变体。研究人员首先进行了域间交联实验。基于该结构，研究人员鉴定了两对Cys取代的残基。预测双突变V35C / E302C（ExoCC）和A152C / S396C（EndoCC）分别在氧化条件下在细胞外和细胞内形成二硫键，因此分别将蛋白质锁定在面向内和面向外的位置。

　　为了验证设计的二硫键的形成，研究人员将DrICE蛋白酶特异性切割位点（DEVDA）引入细胞内螺旋ICH3。在存在二硫键的情况下，预计DrICE对XylE变体的切割在还原环境中产生两个条带，但在氧化条件下仅产生一个条带。 XylE变体，ExoCC和EndoCC在交联前在尺寸排阻色谱上保持良好的行为。纯化的ExoCC和EndoCC经历Cu2+氧化以形成二硫键。用凝胶过滤和SDS-PAGE检查交联的XylE变体，其也显示出良好的蛋白质行为和高交联效率。 Drice在氧化和还原条件下的裂解证实了二硫键的形成。

　　研究人员使用设计木质部变体的研究揭示了木质部外向和内向状态之间的不对称底物结合亲和力，证实了SP成员之间的保守机制。利用转运周期中的这种不对称特性，研究人员开发了一个体外分析系统，该系统包含不同构象的木质部，可用于初步筛选葡萄糖转运蛋白抑制剂和区分外表面和内表面配体。

　　原文链接：

　　https://www.nature.com/articles/s41421-019-0082-1