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英美阐明SHMT2抑制BRISC去泛素化酶活的分子机制

文章来源: BioArt       发布时间:2019-06-24

近日,来自英国利兹大学阿斯特伯里结构分子生物学中心的Elton Zeqiraj 研究团队和美国宾夕法尼亚大学的Roger Greenberg团队在Nature上以长文形式发表了Metabolic control of BRISC–SHMT2 assembly regulates immune signaling 的研究,报道BRISC-SHMT2复合体高分辨率的冷冻电镜结构,并阐明了SHMT2抑制BRISC去泛素化酶活的分子机制。


英美阐明SHMT2抑制BRISC去泛素化酶活的分子机制


作者首先在体外实验中发现SHMT2可以抑制BRISC的去泛素化活性,并且只有二聚体的SHMT2(A285T突变,丧失与PLP结合能力)可以显著抑制BRISC的活性,而三聚体的SHMT2抑制能力则大大减弱。另外,用PLP预处理的SHMT2几乎完全丧失了抑制BRISC活性的能力。


英美阐明SHMT2抑制BRISC去泛素化酶活的分子机制


为了弄清楚二聚体的SHMT2抑制BRISC具体的分子机制,作者通过分子生物学手段得到活性的BRISC—BRISCΔNΔC,并利用单粒子冷冻电镜(single-particle cryo-EM)获取BRISCΔNΔC- SHMT2ΔN(A285T)三维结构。结构数据显示,BRISCΔNΔC具有一个独特的U型组件,该U型组件的双臂具有很强的异质性和灵活性,而二聚体的SHMT2ΔN(A285T)则是连接这两个双臂的“桥梁”(见下图)。此外,SHMT2可以直接与BRCC36和Abraxas2的MPN结构域相互作用,封堵了BRCC36活性位点,导致其丧失去泛素化活性。此外,作者通过对Abraxas2上结合SHMT2的关键氨基酸进行点突变,证实其与SHMT2的结合能力大大降低,且下游免疫信号的传导受到抑制。


最后,作者对BRISC-SHMT2复合体形成的生理意义进行了探讨。有趣的是,动力学数据显示,虽然SHMT2是BRISC复合体的竞争性抑制剂(competitive inhibitor),但是其Km值的增长非常有限(大约是BRISC-SHMT2摩尔浓度两倍),这意味着泛素化修饰的底物接近时,Ub(K63)链或许可以取代SHMT2与BRISC进行结合。这提示,SHMT2对于BRISC活性的抑制是一个可逆的过程,并且很有可能受到其他因素,例如代谢物的浓度,翻译后修饰的调控。再联系到之前的结果,只有二聚体的SHMT2可以与BRISC形成复合体,而结合了PLP的三聚体 SHMT2则丧失了这个能力,那么这是否意味着PLP可以通过影响SHMT2二聚体和三聚体之间的转化来改变BRISC的去泛素化酶活,最终参与到免疫信号的传导过程当中呢?那么接下来的实验顺理成章,作者通过一系列生化实验证实,代谢物PLP的确可以通过SHMT2-BRISC复合物的形成来调控下游免疫信号。


英美阐明SHMT2抑制BRISC去泛素化酶活的分子机制


综上,该研究团队以结构生物学为基础,揭示了SHMT2抑制BRISC复合体去泛素化酶活性的分子机制。更为重要的是,他们报道了小分子配体通过影响去泛素化酶活性来调控信号传导的先例,未来可能会有更多小分子配体被报道参与到信号网络的调控,并且可以作为潜在的治疗靶点。


研究背景


SHMT2(Serine hydroxymethyltransferase 2,丝氨酸羟甲基转移酶2)是一碳代谢中的一个关键代谢酶,在氨基酸代谢以及核苷酸的合成过程中发挥重要作用。全长的SHMT2通过N端的MTS(Mitochondrial-targeting sequence)定位于线粒体当中,并以PLP(pyridoxal-5′-phosphate,维生素B6的活化形式)为辅因子形成具有催化活性的四聚体(tetramer)。在没有PLP的参与的情况下,SHMT2是以二聚体(dimer)的形式存在,并且被认为不具有催化活性。此外,SHMT2被报道可以通过与去泛素化酶复合体BRISC发生相互作用而参与炎症因子信号通路的传导。


BRCC36是一个Zn2+依赖的去泛素化酶,并且需要通过与Abraxas2相互作用同时与另外两个大分子复合物BRCC45,MERIT40共同形成BRISC复合体来发挥功能。之前的研究表明,与SHMT2直接互作可以促进BRISC向泛素化的IFN受体(IFNR1和IFNR2)的传递,使得BRCC36可以去除IFNR1和IFNR2上K63连接的泛素化链,从而抑制这些受体的内吞以及溶酶体降解。然而,由于人源的BRISC结构一直没有被解析出来,所以SHMT2与BRISC的结合与调控的具体机制一直不清楚。


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