人工智能助力解析膽固醇代謝之謎

本報(bào)訊（記者李晨陽）6月29日，美國(guó)普林斯頓大學(xué)教授顏寧與中國(guó)清華大學(xué)助理教授閆創(chuàng)業(yè)、西湖大學(xué)鄢仁鴻等合作，在《細(xì)胞報(bào)告》上進(jìn)一步揭示了膽固醇代謝的關(guān)鍵調(diào)控機(jī)理。

“這項(xiàng)工作有兩大亮點(diǎn)：第一是用人工智能（AI）技術(shù)輔助解析中低分辨率的結(jié)構(gòu)，第二是進(jìn)一步了解了Scap蛋白和Insig蛋白作為細(xì)胞內(nèi)膽固醇感應(yīng)器的工作機(jī)理?！鳖亴幐嬖V《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。

人體如何通過負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制維持膽固醇的穩(wěn)態(tài)？膽固醇代謝調(diào)節(jié)機(jī)制——SREBP信號(hào)通路扮演了非常重要的角色。

Scap和Insig是SREBP通路中的兩個(gè)關(guān)鍵蛋白，它們之間由膽固醇分子或膽固醇衍生物介導(dǎo)的相互作用，能夠調(diào)控SREBP轉(zhuǎn)錄因子的活性，實(shí)現(xiàn)在細(xì)胞內(nèi)膽固醇含量降低時(shí)激活其攝取和合成基因的表達(dá)，而在含量升高后抑制這一過程，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋調(diào)節(jié)模式。然而，由于技術(shù)難度較高，這個(gè)通路的結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究一直進(jìn)展緩慢。

2021年1月，顏寧和閆創(chuàng)業(yè)、鄢仁鴻等人在《科學(xué)》上發(fā)表一項(xiàng)研究，首次獲得了跨膜區(qū)平均分辨率約3.7埃的人源Scap與Insig-2蛋白復(fù)合物的電鏡結(jié)構(gòu)，可以直接觀測(cè)分子間相互作用細(xì)節(jié)。他們還在Scap和Insig-2相互作用界面上首次看到了具有重要功能的分子25—羥基膽固醇（25HC），顛覆了此前人們對(duì)25HC結(jié)合位點(diǎn)和調(diào)控機(jī)理的認(rèn)知。

此次發(fā)表的論文是上一篇論文的延續(xù)。論文第一作者兼共同通訊作者鄢仁鴻對(duì)《中國(guó)科學(xué)報(bào)》說，“上一篇發(fā)表于《科學(xué)》的論文已經(jīng)揭示了由25HC介導(dǎo)的Scap和Insig在跨膜區(qū)部分的作用細(xì)節(jié)，而本篇論文則是試圖解析Scap在胞外區(qū)Loop1和Loop7的作用機(jī)制?！?/p>

研究人員通過去垢劑篩選的方法進(jìn)一步優(yōu)化了Scap和Insig的復(fù)合物樣品，獲得了Scap的loop1和loop7的中低分辨率密度圖，但并不足以搭建它的原子模型。如何用分辨率相對(duì)較低的圖像做好結(jié)構(gòu)解析？研究人員采用了騰訊公司開發(fā)的AI工具“tFold”對(duì)Scap蛋白在胞外區(qū)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)，同時(shí)結(jié)合較低分辨率的電子密度圖進(jìn)行最終的結(jié)構(gòu)模型搭建。

“這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是通過AI方法，結(jié)合蛋白質(zhì)氨基酸序列特征，較好預(yù)測(cè)出一個(gè)類似的結(jié)構(gòu)模型，從而加快對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的理解?！臂橙束櫿f。

該研究還有一個(gè)意外收獲：研究人員用一種被稱為“洋地黃皂苷”的去垢劑將蛋白質(zhì)從細(xì)胞膜上抽提出來，首次發(fā)現(xiàn)這種物質(zhì)在結(jié)構(gòu)上可以特異性地替代25HC，促進(jìn)Scap和Insig之間的相互作用。這可能為膽固醇調(diào)節(jié)新藥研發(fā)提供一個(gè)潛在靶點(diǎn)。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.celrep.2021.109299

《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 (2021-07-01 第4版 綜合)

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