SOCE中重要蛋白STIM1胞質區(qū)的結構與功能研究.pdf

1、細胞內鈣離子濃度的快速變化是一種最為常見的細胞信號傳遞方式，與細胞分泌、基因表達、肌肉收縮等多種生命活動密切相關。胞內鈣庫操縱的鈣離子內流(Store Operated Ca2+Entry，SOCE)是細胞攝取外源鈣離子主要途徑之一，SOCE主要由細胞內的鈣庫一內質網或肌漿網內的鈣離子濃度的下降所激活。整個過程需要兩個蛋白質家族的參與，一種是位于細胞質膜上的鈣離子釋放激活的鈣離子通道(Ca2+release-activated Ca2+

2、channel，CRAC)，現已確定這類通道由Orai家族的三個蛋白組成；另一種是位于內質網或肌漿網膜上的一次跨膜蛋白STIMs(Stromal interaction molecules)家族。作為唯一一個既能作為細胞鈣庫濃度的感受器又能激活CRAC的蛋白家族，STIMs對于SOCE的調控起著極其關鍵的作用。
　　 目前，STIMs家族中的STIM1和STIM2分子位于內質網內的N端EF-SAM結構域結合鈣離子的三維結構已通過

3、核磁共振的方法得以解析。但是位于細胞質內的C端部分的結構尚無報道。雖然通過各種細胞生物學和細胞電生理學實驗，使得CRAC的調控機制研究取得了諸多進展，但由于缺少結構模型，使得CRAC激活的分子機制研究受到了很大的限制。本研究利用X射線晶體學方法解析了人源STIM1的SOAR結構域(hsSOAR)，和線蟲來源的整個Coiled-coil區(qū)(Caenorhabditis elegans STIM1 Coiled-coil Region，ce

4、STIM1-CCR)。根據結構分析的結果，利用細胞生物學和生理學手段，對CRAC激活的分子機制進行了系統(tǒng)性的研究和分析。
　　 hsSOAR分子形成的“V”型的二聚體為激活Orai1通道所必需。根據結構分析設計的干擾hsSOAR二聚體形成的突變可以使得hsSOAR和全長hsSTIM1完全失去對hsOrai1的激活能力。hsSOAR二聚體“V”字型的兩個頂端均存在一個正電荷聚集區(qū)，破壞這個正電荷區(qū)的突變體同樣會失去激活hsOrai

5、1通道的能力。
　　 ceSTIMl-CCR片段的結構包含整個SOAR結構域以及靠近SOAR N端的一段小螺旋IH，這段螺旋與SOAR結構域存在多種相互作用。通過對IH的敲除突變發(fā)現，當STIM1分子失去IH之后，會在細胞鈣庫內鈣離子充足的情況下仍然組成性的激活Orai1通道，提示了IH對于細胞靜息狀態(tài)下維持STIM1的自抑制狀態(tài)起關鍵作用。
　　 通過對于STIM1兩個片段的結構分析和功能研究，結合關于CRAC現有的研

6、究結果，我們提出了STIM1激活CRAC的分子模型：在細胞靜息狀態(tài)STIM1分子N端以單體形式存在，整個分子通過SOAR形成二聚體，IH與SOAR結合使整個分子處于自抑制狀態(tài)；鈣庫排空時，STIM1分子N端發(fā)生聚集，導致C端發(fā)生變構，IH釋放SOAR，STIM1以二聚體為基本單位激活Orai1通道，同時通過N端的聚集招募更多STIM1與Orai1發(fā)生作用，使得鈣離子內流速度達到最大。
　　 本研究首次解析了STIM1分子C端胞質