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合肥研究院揭示细胞促凋亡蛋白BAK的全新激活位点
文章来源: 叶开琴 发布时间: 2020-07-09

  近期,中科院合肥研究院健康所戴海明团队在细胞凋亡研究领域取得了重要进展,揭示了细胞促凋亡蛋白BAK全新的激活位点,BMFHRK能够直接结合在BAK蛋白α4、α6α7螺旋形成的沟槽上,这是一个之前没发现的新激活位点。该项研究不仅进一步完善了细胞凋亡的激活机制,而且为进一步以BAK为靶点研发诱导细胞凋亡的靶向药物提供了新的可能。 相关研究成果以“Characterization of an alternative BAK-binding site for BH3 peptides”为题发表于国际期刊《自然-通讯》。 

  BCL2家族蛋白介导的线粒体途径凋亡是细胞凋亡的主要调控方式。其中,BAKBAX是线粒体膜通透的主要执行者。在受到BH3-only蛋白激活后,BAKBAX能够形成多聚,并引起线粒体外膜的穿孔,从而诱导细胞色素c等物质的释放,激活caspase级联反应,导致细胞凋亡的发生。胁迫条件能够诱导BH3-only蛋白的显著上调,从而直接或间接激活BAKBAX。目前已发现的BH3-only蛋白主要包括BIM、PUMA、tBID、NOXA、BAD、BMF、HRK以及BIK。之前的研究表明,BIM、PUMAtBID能够直接通过经典的BH3结合口袋与BAK结合,从而激活BAK。然而,其他BH3-only蛋白如BMF、HRKBIK等,能否直接激活BAK还不清楚。 

  该研究团队不仅在分子及细胞水平证实BMFHRK能够直接激活BAK,而且发现, 相对于BIM、PUMAtBIDBAK的经典结合模式,BMFHRK能够直接结合BAK的另一个结合位点,从而直接激活BAK。通过蛋白质核磁共振和分子动力学模拟等研究发现,BMFHRK能够直接结合在BAK蛋白α4、α6α7螺旋形成的沟槽上,而这是一个之前没发现的新激活位点。进一步通过点突变、脂质体模拟以及细胞内研究发现,新结合位点中的一些关键氨基酸的突变能够显著降低BMF/HRKBAK的结合能力,心水博天天返水3.0%:降低BAK穿膜和诱导细胞凋亡的能力,从而进一步证明新的BAKBH3蛋白结合位点对于BMFHRK介导的细胞凋亡具有重要作用。

  该研究中,戴海明团队的叶开琴助理研究员为第一作者。研究是与美国梅奥医学院Scott Kaufmann教授,Yuan-Ping Pang教授课题组合作完成,研究还得到了中科院合肥研究院强磁场科学中心(稳态强磁场实验装置(SHMFF)),郑州轻工业大学等单位的协助。研究在国家自然科学基金、合肥研究院院长基金(火花基金)等项目的资助下完成。 

  文章链接:http://www.an1.071tyc.com/10.1038/s41467-020-17074-y 。

   

  BMFHRK激活BAK依赖于新位点 a4/ a6/ a7沟槽),与PUMA激活BAK的经典位点不同。

其中a-cPUMA, BMF, HRKBH3小肽利用蛋白质核磁共振研究相互作用示意图;d-e是分子动力学模拟的结果示意图;f-g显示BAK F161在相互作用中起重要作用;h显示了BAK疏水表面。 

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