6篇Science/PNAS等 | 颜宁等团队进一步解析胆固醇代谢关键调控机理

甾醇调节元件结合蛋白 (SREBP) 通路通过 SREBP 裂解激活蛋白 (Scap) 和胰岛素诱导基因 (Insig) 之间的甾醇调节关联来监测细胞胆固醇水平。尽管 Scap 和 Insig-2 复合物与 25-羟基胆固醇结合的结构确定，但 Scap 的腔域仍未解决。

2021年6月29日，美国普林斯顿大学颜宁，清华大学闫创业及西湖大学鄢仁鸿共同通讯在Cell Reports 在线发表题为“Structural basis for sterol sensing by Scap and Insig”的研究论文，该研究结合冷冻电子显微镜 (cryo-EM) 分析和人工智能促进的结构预测，该研究报告了在洋地黄皂苷 （digitonin）中纯化的人类 Scap/Insig-2 复合物的结构。

Scap 的管腔结构域环 1 和环 7 中的共折叠部分类似于 NPC1 和相关蛋白质中的管腔/细胞外结构域，为环 1 和环 7 的胆固醇调节相互作用提供了线索。另一个管腔界面是在 Scap 和 Insig 之间观察到。该研究还表明，即使在甾醇耗尽的情况下也能抑制 SREBP 激活的 Scap(D428A)，当与 Insig-2 复合时表现出与野生型蛋白质相同的构象，并且其对 SREBP 途径的组成性抑制也可能涉及后续步骤蛋白质运输。

另外，2021年颜宁团队在Science，PNAS 等发表5项研究成果，在电压门控钠（Nav）通道，己糖蛋白等结构取得了重要进展（点击阅读）。

甾醇代谢异常和胆固醇的异常积累导致多种心血管疾病的发展，这些疾病已成为全球主要的健康威胁。细胞胆固醇有两个来源，从头合成和饮食摄入。这两个过程之间的串扰和胆固醇的细胞稳态通过由甾醇调节元件结合蛋白 (SREBP) 途径执行的终产物反馈机制进行控制。

SREBP 通路中的一个关键步骤是监测细胞甾醇水平，它由两种膜蛋白SREBP 裂解激活蛋白 (Scap) 和胰岛素诱导基因 (Insig-1 或 -2) 执行。当细胞充满胆固醇时，由五个跨膜 (TM) 片段 S2–S6 组成的 Scap 的甾醇感应域 (SSD) 与内质网 (ER) 锚定的 Insig-1 或 -2 结合。结果，通过各自的胞质 C 端结构域与 Scap 结合的 SREBP-2 被锁定在 ER 膜中。

当细胞胆固醇下降时 ，Scap 和 Insig 之间的相互作用在没有甾醇的情况下无法维持，SREBP-2/Scap 复合物被转移到高尔基体COPII 包被的囊泡。经过两步蛋白水解切割，首先在腔内，然后在高尔基体膜内，释放的 SREBP-2 的 N 端转录因子结构域然后进入细胞核，激活胆固醇合成和摄取的基因表达，恢复细胞胆固醇水平。因此，Scap 和 Insig 之间的甾醇调节相互作用作为激活或抑制 SREBP 途径的开关。

胆固醇稳态在各种类型的癌症或病毒感染后发生改变。SREBP 通路的抑制可能为癌症治疗和病毒防御的治疗开发提供机会。SREBP 通路组分的结构阐明不仅将提供对胆固醇代谢调节的机制理解，而且还将促进药物发现。

虽然三元 Scap-Insig-25HC 复合物的结构揭示了 Scap 和 Insig 之间 25HC 依赖性相互作用的有希望的解释，但先前的研究表明 Scap 的变构调节更复杂。已经表明，胆固醇与管腔结构域环 1（L1，S1 和 S2 之间的部分）的结合破坏了 L1 和环 7（L7，S7 和 S8 之间的部分）之间的相互作用。胆固醇调节的构象变化导致 MELADL 基序的隔离，该基序标志着 S6 在胞质侧的 C 末端，不被 COPII 蛋白识别。 L1/L7 的相互作用细节及其受胆固醇调节的分子基础仍有待阐明。

在此，该研究报告了在没有 25HC 的情况下对 Scap/Insig-2 复合物进行的冷冻电镜分析。野生型 (WT) Scap 与 Insig-2 复合物的冷冻电镜结构表明，去污剂分子洋地黄皂苷 （digitonin）可以替代 25HC 以促进相互作用。在这种情况下，共折叠的 L1/L7 腔域被解析为中等分辨率，并且模型构建得到了人工智能 (AI) 促进结构预测的帮助。此外，该研究对 Scap(D428A) 与 Insig-2 复合物的结构和生化表征表明，即使在没有 Insig 螯合的情况下，Scap(D428A) 也能抑制 SREBP 激活。

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