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[成果]生命科学学院王友军教授课题组在PLoS Biology上发文揭示STIM蛋白激活的关键分子机制

2018年11月26日,生命科学学院王友军教授课题组在PLOS Biology (IF: 9.163) 杂志在线发表题为“Identification of molecular determinants that govern distinct STIM2 activation dynamics”的文章,阐释了钙池操纵钙内流(SOCE)激活的关键分子机制。


SOCE由内质网上的STIM1蛋白和质膜上Orai钙离子通道共同介导,是动物细胞内普遍存在的一种钙信号产生和钙稳态维持机制。SOCE异常与免疫及心血管疾病,神经退行性疾病等密切相关,因而揭示其发生和调控机制有着非常重要的意义。自13年回国以来5年的时间里,王友军教授与Yubin Zhou及Gill实验室合作,通过包括该工作在内的一系列成果,系统的回答了SOCE激活中的一些关键问题。


介导SOCE的STIM蛋白在自身激活过程中构象变化的分子机制一直是领域内的一个热点难题。实验室通过合作,原创性的制备了一种基于FRET技术的纳米探针,实现了对STIM激活过程中构象变化的原位实时监测。进而揭示了STIM蛋白是如何将内质网钙水平的信息跨膜传递到胞浆,以及如何将它胞浆部分中的SOAR功能域从内质网膜附近转位到质膜上的Orai1通道处的 (Nature Communications, 2015; Current Molecular Medicine, 2017; PLOS Biology, 2018),以及决定STIM1与STIM2两个同源蛋白特异性激活的关键分子机制(PLOS Biology, 2018)。并进一步利用该工具揭示了其中的一个互作蛋白,STIMATE,辅助STIM1激活的机制(Nature Cell Biology, 2015)。


STIM蛋白为钙感受器,因而对其钙亲和力的准确测定是阐明其激活分子机制的关键。但由于STIM蛋白中结合钙的功能域(EF-SAM)位于难于测量和操纵的内质网腔内,领域内十多年来对STIM1和STIM2的钙亲和力大小一直有争议。王教授与Yubin实验室合作,利用蛋白质工程的手段,将内质网定位的STIM蛋白转位到了质膜上。这样STIM EF-SAM区就从难以操纵的内质网腔内转移到了可以方便而精准的改变其钙水平的细胞外。运用这一原创的新型内质网膜蛋白研究策略,结合上述纳米探针,课题组准确测定了STIM蛋白在质膜上时的钙亲和力。结果表明STIM2的钙亲和力稍低,并暗示内质网腔内存在可以调控STIM钙亲和力的细胞因子,从而为后续研究指引了新的方向(PLOS Biology, 2018)。


SOCE的产生需要STIM胞浆部分的SOAR结合并打开质膜上的Orai1钙离子通道。王教授之前的工作表明STIM2胞浆区结合并激活Orai1的能力远较STIM1弱(PNAS,2009),但相关分子机制并不清楚。之后王教授与Gill实验室合作在STIM的SOAR区鉴定到了一个决定STIM特异性激活Orai1的关键氨基酸位点(STIM1-F394/STIM2-L485)(Nature Communications, 2014)。最近的这个工作则进一步在SOAR区鉴定出了决定STIM结合Orai1能力强弱的关键位点(STIM1-G379/STIM2-E470),从而阐明了STIM特异性结合并激活Orai1的关键分子机制(PLOS Biology, 2018)。


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这一系列工作系统不仅阐释了SOCE的功能,激活及调控机制,还可以为治疗SOCE相关疾病提供一些新的潜在思路。本研究由北京师范大学生命科学学院抗性基因资源与分子发育北京市重点实验室为第一完成单位,美国德州农工大学的Yubin Zhou教授为共同通讯作者,王友军教授为最后通讯作者。王友军教授的学生郑思思为第一作者,美国德州农工大学的马国林和何涟为共同第一作者。本研究受自然科学基金面上项目NSFC-31471279和NSFC-31671492、青年千人计划、北京师范大学自主科研基金资助项目2017STUD20和2017EYT21的资助。

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