阴阳蛋白质揭示皮肤癌之谜

它开始时很小,只是皮肤上的瑕疵。最常见的痣会保持这种状态-称为黑素细胞的无害皮肤细胞簇,可为我们提供色素。在极少数情况下,从痣开始可能会演变成黑色素瘤,这是人类皮肤癌的最严重类型,因为它可以在全身扩散。

科学家正在使用功能强大的超级计算机来揭示激活约50%黑色素瘤中发现的细胞突变的机制。科学家说,他们希望他们的研究可以帮助人们更好地了解皮肤癌并设计出更好的药物。

在2002年,科学家发现皮肤癌与B-Raf(快速加速纤维肉瘤)激酶的突变之间存在联系,B-Raf激酶是信号链中一部分的蛋白质,该信号从细胞外开始,并进入细胞内部,指导细胞生长。该信号途径称为Ras / Raf / Mek / Erk激酶途径,对癌症研究非常重要,该研究旨在了解失控的细胞生长。根据这项研究,大约50%的黑色素瘤在B-Raf上具有特定的单一突变,称为谷氨酸的缬氨酸600残基(V600E)。

因此,B-Raf V600E成为重要的药物靶标,并且在随后的几年中开发了该突变体的特异性抑制剂。这些药物抑制了该突变体,但发生了一些奇怪的事情。矛盾的是,使突变体安静下来是不利的。它激活了未突变的野生型B-Raf蛋白激酶,再次触发了黑色素瘤。

加州大学伯克利分校约翰·库里安实验室的博士后研究员Yasushi Kondo说:“在这种背景下,我们致力于研究这种重要蛋白质B-Raf的结构。”Kondo是《科学》杂志2019年10月研究的合著者,该研究确定了组成B-Raf的蛋白质复合物的结构,还发现了自相矛盾的B-Raf激活是如何发生的。

“我们旨在研究蛋白质的更天然的状态,以了解其在细胞中的调控方式,因为大多数研究都集中在分离的激酶结构域以及药物如何与激酶结构域结合上。”近藤说。

全长的B-Raf蛋白由无序区域连接的多个域组成,这对于科学家来说还太笨拙,无法成像。Kondo的技术是使用内含肽化学方法制造较小的片段,然后将其缝合起来以获得完整的结构。

“结果,我们获得了一种活性形式的全长B-Raf二聚体,称为B-Raf,它与14-3-3二聚体(与磷酸化的B-Raf C末端尾部结合的支架蛋白)共纯化,”近藤说。

Kondo的研究小组使用冷冻电子显微镜(cryo-EM)来确定B-Raf 14-3-3复合物的结构,基本上是将蛋白质复合物低温冷冻,使其保持在具有化学活性的近乎自然的环境中。接下来,他们用电子束对其进行闪光以获得数千个“冻结帧”。他们筛选出背景噪音并重建了三维密度图,该图显示了分子形状中以前未知的细节。对于蛋白质,形式遵循功能。

近藤解释说,该结构揭示了复合物的不对称组织,该复合物由两组内部对称的二聚体或成对的键合分子形成。Kondo说:“我们认为这种意想不到的安排能够使B-Raf二聚体不对称活化,这一机制为解释小分子抑制剂对B-Raf的反常活化的起源提供了解释。”

对不对称B-Raf 14-3-3复杂结构的详细分析显示了另一个意外的结构特征,称为一个B-Raf分子的远端尾巴部分,简称DTS。近藤说,一个人的尾巴与另一个人的活性位点结合,通过与ATP结合竞争阻止了它的活性。封闭的B-Raf分子稳定在活性构象中。Kondo说:“我们解释了这种结构,即这种封闭的B-Raf分子起着活化剂的作用,并通过二聚体界面稳定了另一个B-Raf受体。”

颇为奇怪的是,作者将B-Raf二聚体与尾部相连的相互对立的中国阴阳圆形符号进行了比较。“从研究对象的角度来看,很明显一个分子不能磷酸化下游分子,这是细胞生长所必需的。另一个分子显然是能够完成这一工作的分子。在这两个分子的集合中,我们清楚地看到一个是在做辅助工作,另一个是在做实际工作。在我们解决的B-Raf 14-3-3系统中,它确实看起来像阴和阳。

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