颜宁等揭示与复合物结构助力力量

颜宁等揭示Ptch1与Hh复合物结构，助力研究Hh信号传导

Hedgehog（Hh）途径控制胚胎发育和出生后组织维持和再生。通过Hh配体抑制Hh受体Patched（Ptch）减轻了信号级联的抑制。2019年5月24日，颜宁及龚欣共同通讯在 Nature Communications 杂志发表题为：Inhibition of tetrameric Patched1 by Sonic Hedgehog through an asymmetric paradigm 的研究论文，揭示与棕榈酰化ShhN以4：2化学计量比复合的四聚体Ptch1的结构，进一步完成了Ptch1和Shh之间相互作用的分子图谱，为将来研究Hh信号传导设定了重要的框架。

这也是颜宁团队继2019年开年以来2篇 Science 论文阐述离子通道结构后，在结构生物学研究领域又一次取得新成果。

该研究报告四聚体Ptch1与Sonic hedgehog（ShhNp）的棕榈酰化N-末端信号传导结构域的冷冻-EM结构，以4：2的化学计量比复合。该结构显示四个Ptch1被组织为二聚体的疏松二聚体，每个二聚体通过两个不同的抑制界面与一个ShhNp结合，一个主要通过ShhNp的N-末端肽和棕榈酰基部分，另一个通过ShhNp上的Ca2 +介导的界面。该结构阐明了Ptch1的四聚体组装，并提出了Hh配体的不对称作用模式，用于抑制Ptch1的潜在胆固醇转运活性。

Hedgehog（Hh）前体经历自催化过程，并且通过N-末端棕榈酰化和C-末端胆固醇化修饰所得的N-末端信号传导结构域。加工的Hh配体与表面受体Patched（Ptch）的结合减轻了下游G蛋白偶联受体Smoothened（Smo）的抑制。这随后激活控制胚胎发生和组织稳态的Hh信号级联。缺乏Hh信号传导可导致出生缺陷，而Hh信号传导的异常激活与各种人类癌症相关。已经鉴定出小分子调节剂靶向该途径，并且已经探索了Hh信号传导的抑制剂作为癌症治疗的潜在治疗剂。

与ShhNp复合物中四聚体Ptch1的结构测定

由于Hh受体Ptch和下游Smo之间缺乏直接相互作用，因此建议Ptch通过间接机制抑制Smo，可能通过限制Smo的调节配体的可用性。 Ptch与原核抗性 - 结瘤 - 分裂（RND）家族转运蛋白具有序列同源性，例如细菌质子驱动的多药耐药性输出物AcrB。该系统发育证据导致了一个模型，表明Ptch可以作为Smo的配体，拮抗剂或激动剂的转运蛋白。

Ptch的生理重要性因其与基底细胞癌的关联而得到进一步认识，基底细胞癌是人类中最常见的癌症。最近几个小组报告了Ptch1的结构。人Ptch1中的1447个氨基酸折叠成含有两个细胞外结构域（ECD1和ECD2）的三联体结构，具有两倍假对称性的12-跨膜螺旋（TM）跨膜结构域（TMD）和细胞内结构域。

与结构被解析为三聚体的大多数细菌RND转运蛋白不同，所有生理学相关的Ptch1结构都是单体形式。据报道，Ptch1的细胞内中环结构域（MLD）和C末端结构域（CTD）介导了Ptch1的寡聚化，果蝇Ptc的CTD形成了三聚体。相反，另一种哺乳动物RND同源物，人类Niemann-Pick C1型（NPC1）似乎是单体。因此，Ptch1的寡聚状态需要进一步研究。

脂质修饰的ShhN抑制四聚体Ptch1的模型

在该研究中，报告了四聚体Ptch1与Sonic hedgehog（ShhNp）的棕榈酰化N-末端信号传导结构域的冷冻-EM结构，以4：2的化学计量比复合。该结构显示四个Ptch1被组织为二聚体的疏松二聚体，每个二聚体通过两个不同的抑制界面与一个ShhNp结合，一个主要通过ShhNp的N-末端肽和棕榈酰基部分，另一个通过ShhNp上的Ca2 +介导的界面。该结构阐明了Ptch1的四聚体组装，并提出了Hh配体的不对称作用模式，用于抑制Ptch1的潜在胆固醇转运活性。总之，与棕榈酰化ShhN以4：2化学计量比复合的四聚体Ptch1的结构进一步完成了Ptch1和Shh之间相互作用的分子图谱，为将来研究Hh信号传导设定了重要的框架。

关于四聚体

四聚体是一种检测试剂，可应用于免疫学研究和检测、特异性免疫治疗以及疫苗疗效监测等多个方面。

相关提议已在美国国会众议院遭到驳回。有分析人士表示 作为临床诊断工具，定量检测外周血及组织中抗原特异性CTI，的比率，并进行表型及功能分析。Altman等曾在大量无症状AIDS患者体内检测到抗原特异性CTI。，检出率高达2%。Zerbini等应用四聚体技术及免疫组化方法首次在肝细胞肝癌患者肿瘤组织中检测到肽特异性的CD8 CTL，为针对MAGE抗原的免疫治疗在HCC中的应用提供了广阔的前景。在自身免疫性疾病中四聚体原位染色最早用于TCR转基因小鼠。通过对抗原特异性CTL的定量检测、表型及功能分析，为阐明病毒感染性疾病、肿瘤及自身免疫性疾病的发病机制奠定了基础。