Nature里程碑成果：它如何接上受体

九十年前，科学家们首次发现了胰岛素，四十三年前，Dorothy C. Hodgkin首次确定了胰岛素的晶体结构，而今天最新一项研究公布了第一张胰岛素与其细胞表面受体结合的三维图像，相关成果发表于1月10日Nature杂志上，同期Nature杂志还配发了题为“Structural biology: Insulin meets its receptor”的评论性文章。

　　

生物通报道：来自澳大利亚以及美国的科学家们获得了一项具有重要意义的突破性研究成果，朝着解密胰岛素的工作机制迈进了一大步。胰岛素在人体生理学中扮演了关键角色，但是至今关于这一激素的一个基础生化问题：它如何与其细胞表面受体结合？——仍然是一个迷。

九十年前，科学家们首次发现了胰岛素，四十三年前，Dorothy C. Hodgkin首次确定了胰岛素的晶体结构，而今天这项最新研究公布了第一张胰岛素与其细胞表面受体结合的三维图像，相关成果发表于1月10日Nature杂志上，同期Nature杂志还配发了题为“Structural biology: Insulin meets its receptor”的评论性文章。

这首次展示了胰岛素及其与受体的相互作用，将有助于修改胰岛素，用于糖尿病更有效的治疗，糖尿病是一种由多种病因引起的以慢性高血糖为特征的代谢紊乱，伴有因胰岛素分泌和/或作用缺陷引起的糖、脂肪和蛋白质代谢异常。而且这项研究也有助于深入了解与胰岛素密切相关的生长因子作用系统，在细胞生长和癌症中的作用。

在这篇文章中，研究人员提出了四种胰岛素与结构不同的受体相互作用的结构，从这些结构中，研究人员发现了胰岛素/胰岛素受体作用的关键元件，并且证明了胰岛素在这一过程中发生的构象开关变换，受体关键元件也发生了重组，之后研究人员也进行进行了生化实验，验证了这些结构上的发现。

文章作者之一，Marek Brzozowski博士表示，“我们的这篇论文就这些系统中的关键分子，如何开启胰岛素信号事件，提出了一种具有里程碑意义的三维描述。这些发现显示出了结构生物学在分析这些基础性生物进程中的强大作用。我们的研究成果解决了一个长期问题，分析了人类一种主要的内分泌系统的结构生物学。”

“这项研究的成功突显出了跨学科合作的力量，这一发现与1922年的胰岛素在多伦多的首次临床应用一样，都代表了分子医学史上的一个历史性里程碑。”

这项研究也凝聚了三代人的心血，它的发现需要感谢三位已退休的杰出科学家：Colin Ward（胰岛素受体结构生物学研究先锋）；Guy Dodson（Dorothy C. Hodgkin的学生，在经典胰岛素晶体结构研究中贡献了重要作用）；Don Steiner（胰岛素，及糖尿病相关遗传综合征的发现者）。

（生物通：张迪）

原文摘要：

How insulin engages its primary binding site on the insulin receptor

Insulin receptor signalling has a central role in mammalian biology, regulating cellular metabolism, growth, division, differentiation and survival1, 2. Insulin resistance contributes to the pathogenesis of type 2 diabetes mellitus and the onset of Alzheimer’s disease3; aberrant signalling occurs in diverse cancers, exacerbated by cross-talk with the homologous type 1 insulin-like growth factor receptor (IGF1R)4. Despite more than three decades of investigation, the three-dimensional structure of the insulin–insulin receptor complex has proved elusive, confounded by the complexity of producing the receptor protein. Here we present the first view, to our knowledge, of the interaction of insulin with its primary binding site on the insulin receptor, on the basis of four crystal structures of insulin bound to truncated insulin receptor constructs. The direct interaction of insulin with the first leucine-rich-repeat domain (L1) of insulin receptor is seen to be sparse, the hormone instead engaging the insulin receptor carboxy-terminal α-chain (αCT) segment, which is itself remodelled on the face of L1 upon insulin binding. Contact between insulin and L1 is restricted to insulin B-chain residues. The αCT segment displaces the B-chain C-terminal β-strand away from the hormone core, revealing the mechanism of a long-proposed conformational switch in insulin upon receptor engagement. This mode of hormone–receptor recognition is novel within the broader family of receptor tyrosine kinases5. We support these findings by photo-crosslinking data that place the suggested interactions into the context of the holoreceptor and by isothermal titration calorimetry data that dissect the hormone–insulin receptor interface. Together, our findings provide an explanation for a wealth of biochemical data from the insulin receptor and IGF1R systems relevant to the design of therapeutic insulin analogues.