《Nature | VAPB的分子运动揭示了ER-线粒体接触位点的亚结构域变化》

  • 来源专题:战略生物资源
  • 编译者: 李康音
  • 发布时间:2024-01-29
  • 2024年1月24日,美国霍华德休斯医学研究所的Jennifer Lippincott-Schwartz团队在杂志Nature上发表了题为Motion of VAPB molecules reveals ER–mitochondria contact site subdomains的文章。

    为了协调细胞生理学,真核细胞依赖于分子在特定的细胞器-细胞器接触位点上的快速交换。内质网-线粒体接触位点(ERMCSs)是特别重要的通信枢纽,在信号分子、脂质和代谢物的交换中发挥着关键作用。ERMCS是通过每个细胞器表面的互补系结分子之间的相互作用来维持的,然而,由于这些膜界面对实验扰动的极端敏感性,对它们的纳米级组织和调控仍然缺乏清晰的了解。

    该研究结合三维电子显微镜与模型细胞器系,囊泡相关膜蛋白(VAMP)相关蛋白B(VAPB)的高速分子跟踪,以绘制ERMCSs的结构和融合现象。研究人员发现了VAPB接触位点内与内质网膜弯曲率相关并经历快速重构的动态子域。VAPB分子在几秒钟内进入和离开ERMCSs,尽管接触位点本身在更长的时间尺度内保持稳定。这种亚稳态允许ERMCSs通过生理环境的变化进行重塑,以适应细胞的代谢需求。VAPB中肌萎缩侧索硬化症相关突变扰乱了这些亚结构域,可能损害它们的重构能力,导致细胞器间通信受损。这些结果建立了高速单分子成像,作为定位接触位点界面结构的新工具,并揭示了接触位点VAPB的融合现象是ERMCS稳态的重要组成部分。

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  • 《Nature | 揭示苦味受体TAS2R14独特的配体识别机制》

    • 编译者:李康音
    • 发布时间:2024-05-26
    • 2024年5月22日,上海科技大学iHuman研究所、生命科学与技术学院华甜和刘志杰团队,联合山东大学基础医学院孙金鹏团队及上海交通大学医学院第九人民医院杨驰团队在Nature上发表了题为Bitter taste TAS2R14 activation by intracellular tastants and cholesterol 的最新研究成果,揭示了植物来源苦味物质、上市药物分子及胆固醇对苦味受体TAS2R14的独特调控机制。 联合研究团队利用单颗粒冷冻电镜技术,获得了人源苦味受体TAS2R14分别与植物来源马兜铃酸A (Aristolochic acid, AA) ,药物分子氟芬那酸 (flufenamic acid, FFA) 和 compound 28.1结合,以及与不同G蛋白偶联状态下的高分辨率结构。发现TAS2R14中至少存在三个可被不同配体调控的位点,其中AA,FFA和compound 28.1意外地结合在受体胞内跨膜区的口袋2 (pocket-2)中, AA也可以结合在口袋3(pocket-3)中,而胆固醇分子却反客为主地结合在GPCRs经典的正构配体结合口袋内(pocket-1)。此外,受体的第六个跨膜螺旋TM6的胞内端通过自身结构在无序-有序间的构象变化精妙协调配体识别以及不同G蛋白与受体的结合。这些现象颠覆了人们对GPCR配体识别的传统认知,揭示了苦味受体全新的配体识别和受体激活机制。 通过进一步的细胞水平功能实验和分子动力学模拟,该研究验证了结合在非正构位点的苦味分子仍是激活TAS2R14的主要动力。在口袋2中,AA,FFA和compound 28.1均与受体激活密切相关的氨基酸结构域形成重要的相互作用,而胆固醇能够稳定结合并独立激活受体。此外通过一系列突变及胆固醇敲除等实验,揭示了三个结合口袋在配体识别及受体激活上的分工和协作关系。 该研究克服诸多困难,解析了苦味受体TAS2R14与野生型下游信号转导蛋白Gustducin和Gi1三聚体的复合物三维结构,揭示了不同G蛋白与TAS2R14的结合模式,为进一步研究苦味受体的下游不同信号转导通路所介导的生理功能提供了非常重要的理论基础。除了自身的独特性质,TAS2R14还具有和团队之前报道的苦味受体TAS2R46中一些类似的结构特征,例如在正构口袋中的保守残基W3.32,苦味受体激活相关的保守结构域,以及G蛋白与受体的预结合模式等。 以上研究揭示了诸多苦味受体结构与功能的独特性质,极大拓展了人们对GPCR配体识别以及受体激活的认知,破解了TAS2R14识别结构多样的苦味物质的分子密码以及胆固醇直接调控苦味受体的全新分子机制。这些成果还加深了对苦味受体结构和功能的理解,并为设计靶向TAS2R14的药物候选分子提供了全新的视角。
  • 《Science | 线粒体mRNA结构调控基因表达》

    • 编译者:李康音
    • 发布时间:2024-07-30
    • 2024年7月19日,迈阿密大学Antoni Barrientos、哈佛医学院Silvi Rouskin、迈阿密大学Flavia Fontanesi共同通讯在Science发表题为The human mitochondrial mRNA structurome reveals mechanisms of gene expression的文章,揭示了人类细胞内线粒体信使RNA(mt mRNA)的复杂折叠模式,揭示了线粒体基因表达中一个以前未知的调控层。 该研究采用了一种名为mitoDMS-MaPseq(mitochondrial dimethyl sulfate mutational profiling with sequencing)的新技术。这种方法使研究人员能够绘制完整线粒体内mt mRNA的二级结构,为这些结构如何影响基因表达提供了前所未有的见解。这些发现挑战了关于mt mRNA折叠的传统观点,作者表明这些分子比以前认为的更具活力,对细胞线索的反应也更灵敏。这项研究的一个关键发现是鉴定了mRNA程序性翻译暂停,这一机制似乎对合成具有多个跨膜结构域的疏水蛋白特别重要。这种暂停允许这些蛋白质正确折叠,确保它们能够有效地整合到线粒体膜中。研究人员还发现了程序化核糖体移码,一个在单个双顺反子转录本内协调两个重叠的开放阅读框翻译的过程,的证据。这种机制对于维持ATP合酶复合物中蛋白质亚基的化学计量平衡至关重要。 该研究的结果还强调了LRPPRC的作用,指出LRPPRC是一种对mt mRNA稳定性、多聚腺苷酸化和翻译至关重要的蛋白质。在缺乏LRPPRC的情况下,mt mRNA结构体经历了显著的重塑,这表明该蛋白在维持mt mRNA结构的完整性方面起着关键作用。研究人员推测,LRPPRC可能作为一种保持酶,有助于维持mt mRNA的折叠状态,并促进其高效翻译。作者还揭示了mt mRNA存在于一个动态的替代构象集合中。使用一种名为DREEM(detection of RNA folding ensembles using expectation-maximization)的聚类算法,研究人员能够识别每个转录物采用的共存替代构象,捕捉到结构整合中mt mRNA折叠的动态性质。这一发现强调了在研究线粒体基因表达时考虑可能的RNA结构的全谱的重要性。 总之,此研究为线粒体基因表达的研究开辟了一条新的途径,提供了线粒体mRNA折叠模式的全面图谱,并揭示了线粒体蛋白合成调控的机制。这些发现不仅加深了我们对线粒体生物学的理解,而且为线粒体疾病的治疗干预提供了潜在的靶点。随着我们继续解开线粒体功能的复杂性,这项研究提供的见解无疑将为线粒体遗传学领域的未来发现奠定基础。