蛋白质设施用户合作揭示Ephexin家族蛋白自抑制与激活的分子机制
时间 : 2021-02-24     

2021年2月18日,国家蛋白质科学研究(上海)设施用户上海交通大学Bio-X研究院朱金伟团队与中国科学技术大学生命科学学院王朝团队合作在《美国科学院院刊》PNAS杂志在线发表了题为Double inhibition and activation mechanisms of Ephexin family RhoGEFs的研究论文,首次阐释了Ephexin家族RhoGEF双重自抑制及激活的分子机制。  

Ephrin-Eph信号通路通过调节下游Rho GTPase的活性调控细胞骨架动态变化,在神经发育及信号转导、细胞极性、细胞迁移等过程发挥关键作用。Ephexin家族蛋白是Ephrin-Eph通路下游重要的RhoGEF,负责激活Rho GTPase。编码Ephexin家族蛋白的基因的突变与多种神经系统疾病及肿瘤的发生发展密切相关。为了实现Rho GTPase时空尺度上的精准调控,Ephexin家族蛋白可以选择自抑制和激活的两种构象状态,但分子机制尚不明确。  

本项工作运用结构生物学方法分别研究了Ephexin4的羧基端自抑制和双重自抑制的三维结构信息,详细阐明了Ephexin4自抑制的结构基础和分子机理(图1)。  


    
图1. Ephexin4的氨基端自抑制构象  

本工作进一步探索了Ephexin4自抑制构象激活的可能机制。作者发现,DLG1或Tip1蛋白的PDZ结构域可以结合Ephexin4羧基末端的PDZ结合序列(PDZ-binding motif,PBM);这一相互作用能够有效的激活Ephexin4羧基端的自抑制。Ephexin家族蛋白氨基端的IH自抑制多肽序列“LY220Q”中的Tyr220据报道能够被Src等酪氨酸激酶磷酸化。结构分析及生化实验证实这一磷酸化将大大降低抑制多肽与DH结构域的相互作用,从而打开自抑制构象(图2)。

  
    
图2. Ephexin家族RhoGEF双重自抑制和激活分子机制示意图  

综上,本项工作通过综合运用结构生物学、生物化学和细胞生物学方法,阐明了Ephexin家族蛋白双重自抑制和激活的分子机理,为相关神经系统疾病和肿瘤的发病机制提供了可靠的结构阐释,并为相关药物的开发提供了基础。  

国家蛋白质科学研究(上海)设施BL18U1,BL19U1线站工作人员为其X射线晶体学衍射数据收集提供了及时高效的支持。