结构速递 | 一周“结构”要览 VOL.55(3.20~3.26)
上周发布了哪些“结构”文章？又取得了哪些科研进展？
结构速递栏目以每周“结构”相关领域刊文为主题，梳理一周结构发文大事记，“结构速递”为您传递最新、最快、最权威的结构资讯。
2023.3.20~2023.3.26
CNS刊登文章
01
Nature
2023/3/22
1.“Immunoglobulin M perception by FcμR”
免疫球蛋白M（IgM）是胚胎发育和体液免疫反应过程中出现的第一种抗体。IgM 可以以几种不同的形式存在，包括B细胞受体 (BCR) 复合体中的膜结合型 IgM单体，分泌到血清中的IgM五聚体和六聚体以及处于黏膜表面且包含分泌组分（secretory component）的分泌型 IgM。FcμR是哺乳动物中唯一的IgM特异性受体，可识别不同形式的IgM以调节不同的免疫反应。然而，潜在的分子机制仍然未知。
来自北京大学的肖俊宇课题组通过晶体学和冷冻电镜揭示了FcμR-IgM相互作用的结构基础。结构表明2个FcμR分子可以结合在1个IgM-Cμ4二聚体的两侧，表明FcμR可以通过2：1的化学计量与膜上的IgM结合。进一步的分析表明，FcμR的存在不影响IgM与Igα/Igβ（CD79α/CD79β）亚基的结合。相比之下，五聚体IgM可以募集四个FcμR分子在同一侧结合，从而促进FcμR低聚物的形成。这些FcμR分子之一占据分泌组分的结合位点。然而，四个FcμR分子结合在含有分泌组分的分泌IgM的另一侧，与FcμR在分泌IgM中逆向转运的功能一致。这些结果揭示了FcμR感知不同IgM的复杂机制。
原文链接
https://www.nature.com/articles/s41586-023-05831-0
2023/3/22
2. “Ultrafast structural changes direct the first molecular events of vision”
视觉是由光敏 G 蛋白偶联受体 (GPCR) 的视紫红质家族起始的。光子被视紫红质的 11-顺式视网膜色素团吸收，在200飞秒内异构成全反式构象，从而启动最终导致视觉的细胞信号转导过程。然而，光激活的视网膜诱导视紫红质内激活事件的分子内机制在实验上仍不清楚。
来自瑞士保罗谢勒研究所的Valerie Panneels和瑞士苏黎世联邦理工学院的Gebhard Schertler合作使用室温下的时间分辨超快晶体学来确定异构的全反式视网膜是如何储存光子能量的，这些光子能量是启动与G蛋白结合信号传导状态形成相关的蛋白质构象变化所必需的。在光激活后，扭曲的视网膜以1ps的时间延迟将它的结合口袋形成的大量相互作用分开一半，多余的光子能量通过一个各向异性的蛋白质呼吸运动向细胞外空间方向释放。值得注意的是，视紫红质蛋白侧链中早期结构运动出现在参与保守的A类GPCR激活机制后期阶段的区域。这项研究阐明了脊椎动物视觉的最早阶段，并指出了激动剂介导的GPCR激活的分子机制。
原文链接
https://www.nature.com/articles/s41586-023-05863-6
2023/3/22
3. “CFTR function, pathology and pharmacology at single-molecule resolution”
囊性纤维化跨膜传导调节因子(CFTR)是一种调节上皮细胞膜上的盐和液体稳态的阴离子通道。CFTR改变会导致囊性纤维化，这是一种无法治愈的致死性疾病。CFTR的电生理特性已经被分析了数十年。之前捕捉到的CFTR的结构显示为两种不同的构象，强调了其与去其他ATP结合盒式转运蛋白的进化关系。然而，目前缺乏CFTR的基本功能与现有结构之间的直接关联。
来自美国洛克菲勒大学的Jue Chen课题组和圣犹大儿童研究医院的Scott Blanchard课题组合作结合了集合功能测量，单分子荧光共振能量转移，电生理学和动力学模拟，表明了人CFTR的两个核苷酸结合域(NBDs)在通道开放之前是二聚的。CFTR表现出一种变构门控机制，其中NBD二聚体通道内的构象变化(由ATP水解控制)可调节氯离子传导。增效剂ivacaftor和GLPG1837通过促进NBD二聚化时的通道开放来增强通道活性。ATPase位点的近端(G551D)或远端(L927P)的致病突变均会降低NBD二聚化的效率。这些发现使门控机制的框架得以建立，从而为寻找更有效的临床治疗提供了信息。
原文链接
https://www.nature.com/articles/s41586-023-05854-7
2023/3/22
4.“Structural and mechanistic insights into fungal β-1,3-glucan synthase FKS1”
膜整合合酶FKS参与真菌细胞壁核心成分β-1,3-葡聚糖的生物合成。FKS是广泛使用的抗真菌药物(包括棘白菌素和艾瑞芬净)的靶点。然而FKS的作用机制仍然是谜，这阻碍了开发更有效的靶向酶的药物。
来自华中科技大学同济基础医学院于洪军、张敏课题组，与南方科技大学刘晓天课题组组成的联合研究团队合作解析了酿酒酵母FKS1和棘白菌素抗性突变体FKS1(S643P)的冷冻电镜结构。这些结构揭示了该酶在膜-细胞质界面的活性位点和跨越膜双层的葡聚糖转运路径。在FKS1结构中观察到多种结合脂质和显著的膜变形，表明FKS1 -膜相互作用非常活跃。棘白菌素耐药突变集中在FKS1的TM5-6和TM8附近。FKS1(S643P)的结构揭示了该区域的脂质排列改变，提示突变酶的耐药机制。本研究揭示了FKS1的结构、催化机制和耐药突变的分子机制，促进了对真菌β-1,3-葡聚糖生物合成机制的理解，为以FKS为靶点开发新型抗真菌药物奠定了基础。
原文链接
https://www.nature.com/articles/s41586-023-05856-5
2023/3/22
5. “From primordial clocks to circadian oscillators”
昼夜节律在许多生物过程中起着至关重要的作用，而真正的翻译后昼夜节律振荡只需要3种原核蛋白就可以形成。三种Kai蛋白的进化历史表明，KaiC是最古老的成员，也是clock的核心组成部分。随后KaiB和KaiA加入以调节KaiC的磷酸化状态从而实现时间同步。蓝藻中典型的KaiABC系统已经被很好地理解了，但对于只拥有KaiBC的更古老的系统却知之甚少。然而，有报道称它们可能表现出一种基本的沙漏样计时机制。
来自美国布兰迪斯大学的Dorothee Kern课题组研究了球形红杆菌(Rhodobacter sphaeroides)的原始生物钟，其中只包含KaiBC。利用X-ray晶体学和冷冻电镜的结合，研究者发现了KaiC的一个新的十二聚体，其中两个六聚体由一个由12个螺旋组成的卷曲螺旋（coiled-coil）束连接在一起。这种相互作用是由KaiC的羧基末端延伸形成的，作为一种古老的调节部分，后来被KaiA取代。卷曲螺旋在白天和夜间构象之间的转换通过跨越140 Å的长程变构网络与磷酸化位点连接。动力学数据确定了昼夜之间ATP-to-ADP比率的差异是驱动生物钟的环境线索。研究者还揭示了这种振荡机器自我维持演化的机制细节。
原文链接
https://www.nature.com/articles/s41586-023-05836-9
2023/3/22
6. “Structural basis of mitochondrial membrane bending by the I–II–III2–IV2 supercomplex”
线粒体的能量转换需要线粒体内膜的复杂结构。来自瑞典斯德哥尔摩大学的Alexey Amunts课题组证明了一个包含所有四种呼吸链成分的超复合体有助于纤毛虫膜弯曲的诱导。他们解析了这个超复合物的冷冻电镜和冷冻断层扫描结构，该超复合物由150种不同的蛋白质和311种结合脂质组成，形成一个稳定的5.8-MDa的大复合物。由于亚基的扩展，复合体I与复合体IV二聚体结合，产生一个楔形间隙，作为复合体II的结合位点，与倾斜的复合物III二聚体结合在一起，形成弯曲的膜区。通过分子动力学模拟，研究者证明了发散超复合体对膜曲率诱导和嵴管化的积极作用。研究者强调了呼吸复合体蛋白亚基的进化如何导致I–II–III2–IV2超复合体，从而有助于生物能膜的形成，使其功能特化。
原文链接
https://www.nature.com/articles/s41586-023-05817-y
Science
本周无
Cell
本周无
2023.3.20~2023.3.26
子刊刊登文章
01
Nature Structural & Molecular Biology
3.23
1.“Distinct structure and gating mechanism in diverse NMDA receptors with GluN2C and GluN2D subunits”
3.23
2.“Mechanism of receptor assembly via the pleiotropic adipokine Leptin”
02
Nature Communications
3.20
1.“A generalizable nanopore sensor for highly specific protein detection at single-molecule precision”
3.20
2.“Structure and dynamics of the Arabidopsis O-fucosyltransferase SPINDLY”
3.20
3.“An in-solution snapshot of SARS-COV-2 main protease maturation process and inhibition”
3.21
4.“Robust automated backbone triple resonance NMR assignments of proteins using Bayesian-based simulated annealing”
3.21
5.“Structural basis for TRIM72 oligomerization during membrane damage repair”
3.22
6.“The RRM-mediated RNA binding activity in T. brucei RAP1 is essential for VSG monoallelic expression”
3.22
7.“Insights into receptor structure and dynamics at the surface of living cells”
3.23
8.“Two gates mediate NMDA receptor activity and are under subunit-specific regulation”
3.23
9.“FTD-tau S320F mutation stabilizes local structure and allosterically promotes amyloid motif-dependent aggregation”
3.25
10.“Modulatory mechanisms of TARP γ8-selective AMPA receptor therapeutics”
03
Science Advances
3.24
1.“Structural basis of bacteriophage T5 infection trigger and E. coli cell wall perforation”
3.24
2.“Helical allophycocyanin nanotubes absorb far-red light in a thermophilic cyanobacterium”
3.24
3.“Clinical PARP inhibitors allosterically induce PARP2 retention on DNA”
作者 | 谭佳鑫
审稿 | 肖媛
责编 | 囡囡
设计、排版 | 可洲
Cell Research
本周无
Molecular Cell
本周无
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