上海交大、中科院Nature子刊解析重要细胞信号机制

　　

生物通报道  来自上海交通大学、中科院上海生命科学研究院等研究人员揭示了Hedgehog (Hh)信号通路元件Suppressor of Fused (Sufu)和 Gli/Ci相互识别和调控的结构机制。相关论文发表在11月12日的《自然通讯》（Nature Communications）杂志上。

上海交通大学生命科学技术学院的吴更（Geng Wu）教授和中科院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所的赵允（Yun Zhao）研究员是这篇论文的共同通讯作者。吴更教授主要从事与癌症发生有关的蛋白质分子的结构生物学与生物化学研究；调节细菌的合成与分解代谢途径的重要蛋白质的结构生物学与生物化学研究；基于蛋白质结构的研制开发抗癌药物的研究。赵允研究员的主要研究方向是细胞内信号传导通路的异常与疾病发生的分子基础。

Hh信号通路在胚胎发育过程中起到枢纽作用，其控制了各种脊椎动物及非脊椎动物众多发育过程中的细胞生长和分化，参与了多种器官包括神经管、肺脏、皮肤、骨骼轴向、四肢及胃肠系统的形成。此外，Hh信号也在干细胞的分化和干性维持中起着重要的作用。Hh信号活性错误调节可导致包括基础细胞癌在内的多种人类疾病。研究发现在某些癌症如成髓细胞瘤、基底细胞癌、小细胞肺癌、乳癌和膀胱癌中都存在Hh信号活化。

目前发现的参与Hh信号转导的核内因子包括转录因子Ci／Gli、丝氨酸／苏氨酸蛋白激酶Fused(Fu)、Fu抑制剂(SuFu)、类运动蛋白 Costal-2(Cos2)、蛋白激酶A(PKA)等。其中Ci／Gli、Fu起正调控作用，SuFu和Gli形成抑制性蛋白复合物则可抑制Hh信号通路。Sufu–Gli蛋白复合物占据着脊椎动物，尤其是哺乳动物Hh信号通路的中心位置。SuFu和Gli/Ci突变会导致人们易于罹患癌症及先天畸形。

在这篇新研究中，研究人员报告了人类和果蝇全长Sufu，两种人类Sufu的内部截短突变体，以及人类Sufu–Gli复合物的晶体结构，结合简正模式分析和荧光共振能量转移（FRET）检测的结果揭示出，Sufu在“开放”和“闭合”两种构象之间交替变化，且研究人员证实这一构象运动也在活细胞中存在。

研究人员证实Sufu的“闭合”构象可通过Gli结合以及Hh处理抑制进行稳定，而Gli分离以及Hh信号则可促成Sufu“开放”状态。采用生物化学和细胞生物学检测方法，证实关键界面残基突变可以破坏Sufu与Gli结合形成复合物，阻止Sufu抑制Gli介导的转录，将Gli限制于细胞质中，使得Gli免于26S蛋白酶体介导的降解。

此外，该研究还有望统一Hedgehog领域长达15年的机理认识分歧。论文澄清了Hedgehog领域长期存在的Sufu究竟采用其N端结构域还是C端结构域识别Gli/Ci的争议，指出了研究人员普遍采用的缺失绘图与丙氨酸扫描突变方法可能会破坏蛋白的折叠，从而得出错误的结论。

这些研究结果为研究人员更深入地了解Hh信号通路相关的癌症及多种出生缺陷的致病机制具有重要的意义。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Structural insight into the mutual recognition and regulation between Suppressor of Fused and Gli/Ci

Hedgehog (Hh) signalling regulates embryonic development and adult tissue homoeostasis. Mutations of its pathway components including Suppressor of Fused (Sufu) and Gli/Ci predispose to cancers and congenital anomalies. The Sufu–Gli protein complex occupies a central position in the vertebrate Hh signalling pathway, especially in mammals. Here structures of full-length human and Drosophila Sufu, the human Sufu–Gli complex, along with normal mode analysis and FRET measurement results, reveal that Sufu alternates between ‘open’ and ‘closed’ conformations. The ‘closed’ form of Sufu is stabilized by Gli binding and inhibited by Hh treatment……