科技日報記者 吳長鋒
記者從中國科學技術大學獲悉，該校生命科學與醫學部周叢照教授和陳宇星教授課題組，利用單顆粒冷凍電鏡技術解析了人類磷脂翻轉酶ATP8B1-CDC50及其與生理底物磷脂酰絲氨酸復合物的三維結構，并借助一系列生化實驗闡明了ATP8B1的底物特異性及其活性調控的分子機制。相關研究成果3月30日在線發表在《美國科學院院報》上。
中國科大供圖
脂質雙分子層的不對稱性是真核生物細胞膜的標志性特征，維系一系列細胞功能，如膜穩定性、細胞形狀、細胞信號傳導以及膽汁和膽固醇穩態等。人類ATP8B1是一種P4型ATP酶，主要定位于肝臟的膽管細胞和小管膜上，利用ATP水解產生的能量將磷脂從細胞外膜翻轉到內膜，對維持肝腸等細胞膜穩態具有重要作用。ATP8B1的功能缺陷會導致嚴重的人類相關疾病，如I型進行性家族性肝內膽汁淤積癥，嚴重時將發展成肝膽管癌等疾病。
研究人員結合體外ATP水解活性以及基于熒光標記的脂質翻轉活性檢測，首次利用生化手段證明了磷脂酰絲氨酸是ATP8B1的真正生理底物。結構比對發現，無配基的ATP8B1處于天然的磷酸化狀態，其氨基端和羧基端分別插入三個胞內結構域之間，處于自抑制狀態。這一首次發現的全新構象，更新了人們對P4型ATP酶轉運循環的認識。在生理底物結合時，ATP8B1的自抑制狀態將被解除。進一步的酶活實驗發現，在生理環境中大量存在的膽酸鹽能夠極大地增強ATP8B1的酶活，表明膽酸鹽在ATP8B1的活性調控中起著重要作用。結構分析發現，ATP8B1胞內的P結構域上具有一個獨特的帶正電的柔性結構與膽酸鹽響應密切相關。
該研究結果闡明了ATP8B1介導的膽酸鹽循環過程中膜脂不對稱性修復的分子機理，揭示了ATP8B1在底物和肝內膽酸鹽共同作用下的“自抑制-抑制解除-酶活增強”的精細調控機制，同時還為膽汁淤積癥等疾病的治療干預和藥物設計提供了結構基礎。
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