揭示胰岛素生长因子三元复合物的秘密

揭示胰岛素生长因子三元复合物的秘密。科学家确定了IGF三元配合物的低温电镜结构及其组装和激活机制。

　　

   

   

人IGF1/IGFBP3/ALS三元复合物

胰岛素样生长因子(IGF)是一种对胎儿和儿童的生长有很大影响的激素，也是一种对成人的身体维持和代谢有很大影响的激素。IGF通过激活分布在各种组织细胞膜上的IGF受体来调节细胞的增殖、分化和存活。然而，IGF是不稳定的，它在自由状态下的半衰期不到10分钟。

因此，体内循环的IGF中有超过70%与IGFBP (IGF Binding Protein)和ALS (Acid Labile Subunit)结合。这种IGF/IGFBP/ALS三元复合物可稳定12小时，因此可作为IGF的载体。此外，三元配合物也具有调节IGF的作用，使其仅在需要时起作用。然而，IGF/IGFBP/ALS三元配合物的结构还没有得到很好的研究，很难理解配合物是如何组装的，以及IGF是如何被激活的。

现在，韩国IBS生物分子与细胞结构中心的KIM Ho Min教授领导的团队首次确定了IGF1/IGFBP3/ALS三元复合物的结构。人们相信，这些结构信息可以拓宽对生长相关疾病的认识，如生长激素缺乏症和ALS缺乏症。

通过动物细胞表达系统和一系列纯化工艺，成功表达并纯化了稳定的三元复合物。利用低温透射电子显微镜、数据枢纽和超级计算资源，获得了IBS的高分辨率三维分子结构。发现IGF1被IGFBP3包围，首先形成二元复合体。然后，ALS再次像降落伞一样包裹这个二元复合体，保护IGF1在体内不容易降解。

有了对蛋白质结构的新认识，研究人员现在能够理解与这些蛋白质突变相关的许多疾病的结构基础。特别是，许多已知的肌萎缩性侧索硬化症点突变被发现通过诱导肌萎缩性侧索硬化症的错误折叠和阻碍三元复合物的形成而导致疾病。另一方面，已知的IGF点突变似乎对其形成复合物的能力没有任何负面影响，而是通过降低IGF对IGF受体的亲和力而引起疾病。

研究人员并没有止步于此，他们进一步探索了三元复合物是如何组装的。首先，研究人员对ALS、IGFBP3和IGF1蛋白进行SDS-PAGE扫描，以验证该复合物是否形成。他们还将GFP(绿色荧光蛋白)融合到IGF1蛋白上，并使用荧光检测色谱来追踪GFP标记的蛋白与其他两种蛋白形成复合体的成功与否。由此，他们了解到仅IGFBP3或IGF1无法与ALS形成二元复合体。此外，我们发现IGF必须首先与IGFBP形成二元复合体，只有在这之后，两种蛋白才能与ALS结合，正确组装三元复合体。

此外，研究人员对IGFBP进行了修改，以更好地确定该蛋白的特定结构域的作用。当N端结构域(NBP)被去除时，该蛋白被证明不能与IGF结合，这提示该结构域是初始二元复合物形成所必需的。研究人员还用不同的变体取代了IGFBP的中心连接结构域(CLD3)。与NBP相反，所有的CLD结构域都允许与IGF1形成二元复合物。然而，研究表明，一些CLD变体允许修改后的IGFBP在没有IGF的情况下与ALS结合。这意味着，初始IGF1/IGFBP3二元复合物的形成可能会使CLD3结构发生某种构象变化，从而促进ALS三元复合物的形成。

此外，研究人员还监测了复合物如何被分解以使IGF具有生物利用价值。为此，他们使用凝血酶处理了IGF/IGFBP二元复合体和最终的三元复合体。在蛋白水解后，观察到IGFBP的c -末端结构域(CBP)被释放，形成不稳定的中间三元复合物。这一过程被认为是激活IGF的重要步骤，而IGF在结合到复合物中时是不活跃的。

第一作者KIM Hyojin说:“在研究进一步的过程之前，第一步也是最重要的一步是了解结构。这种基于结构的方法和适当的生化分析使我们能够揭示IGF复合物形成和激活的机制。”

该研究的通讯作者KIM Ho Min教授解释说:“这一关于IGF三元复合物的分子结构和激活机制的新知识有望为青少年生长或IGF相关疾病的治疗药物的开发和研究做出巨大贡献。”

Structural basis for assembly and disassembly of the IGF/IGFBP/ALS ternary complex