施一公研究組PNAS報道人源賴氨酰氧化脫氨酶LOXL2晶體結構

熱門推薦： LOXL2 , LOX蛋白 , LOX家族 ,

來源：結構生物學高精尖創(chuàng)新中心

2018-03-28

2018年3月26日，清華大學生命科學學院、結構生物學高精尖創(chuàng)新中心施一公教授研究組在PNAS雜志在線發(fā)表了題為“Crystal structure of human lysyl oxidase-like 2 (hLOXL2) in a precursor state”的研究論文，報導了人源賴氨酰氧化脫氨酶 (lysyl oxidase, LOX) 家族成員——LOXL2的2.4 ?晶體結構。

在人體結締組織中，膠原蛋白和彈性蛋白是細胞外基質主要的結構蛋白；由二者構成的膠原纖維與彈性纖維廣泛分布于肌腱、韌帶、皮膚、血管，調節(jié)著細胞外基質的張力及彈性，在組織間行使著連接、支持和保護的作用。膠原纖維和彈性纖維是由各自的單體蛋白通過分子間交聯組裝形成的。盡管在不同組織中，纖維的構成和交聯模式不盡相同，但交聯的位點均發(fā)生于分子表面的賴氨酸殘基之間。交聯的起始步驟需要賴氨酸或羥賴氨酸殘基氧化脫氨形成高反應活性的醛基，進而通過醛-氨或醛-醛之間的自發(fā)反應形成分子間交聯。LOX蛋白正是催化交聯起始步驟的關鍵酶，因此該家族蛋白對于膠原纖維、彈性纖維的形成以及結締組織的發(fā)育有著極為重要的影響。此外，越來越多的研究表明，LOX家族蛋白的異常表達與組織纖維化以及乳腺癌細胞的轉移密切相關。

A：LTQ及其介導的生化反應；B：hLOXL2晶體結構 (residues 318-774, N455Q)

LOX家族包含5個分泌蛋白，其基因在上世紀九十年代相繼得到克隆。家組成員之間N端結構域的保守性較低，而C端催化結構域則高度保守。值得一提的是，催化結構域中含有兩個對酶活性至關重要的輔助因子：lysyl tyrosylquinone (LTQ) 以及銅離子。前者是由LOX蛋白自身的兩個保守氨基酸殘基（lysine 以及 tyrosine）經翻譯后的氧化、交聯形成的一種醌基，它在脫氨反應過程中起著還原力傳遞的中間體作用。LTQ的形成是一個自催化過程；而銅離子則是該過程中的關鍵因子。

盡管LOX蛋白具有十分重要的生理功能以及疾病關聯性，但多年以來該家族蛋白尚無任何結構得以解析。施一公教授課題組所報導的人源LOXL2晶體結構則填補了這一空白。在結構中，LOXL2的銅結合位點被鋅離子所占據，阻斷了LTQ的形成；而銅離子的引入則可以顯著的激活LOXL2并促進LTQ的形成，表明該結構所呈現的是一種鋅離子結合下的前體狀態(tài)。值得注意的是，結構中LTQ的兩個前體氨基酸之間呈現16.6 ?的距離，表明LOXL2在LTQ形成的過程中可能會發(fā)生一定的構象變化；而依據現有結構通過小分子化合物或抗體來阻斷LOXL2的激活則是一種可能的藥物設計思路?？偨Y而言，該結構的解析有助于初步理解此類蛋白酶的結構與功能關系，并為后續(xù)的結構研究及藥物研發(fā)提供基礎和支持。

清華大學生命科學學院博士生張曦為本文的第一作者，施一公教授和劉旻昊博士為本文的共同通訊作者。本研究感謝范仕龍老師、鄧海騰老師、張文浩等提供的幫助。本研究工作得到了清華大學結構生物學高精尖創(chuàng)新中心、國家蛋白質科學研究（北京）設施清華基地、清華-北大生命聯合中心以及國家自然科學基金的大力支持。

點擊下圖，即刻登記觀展！