圖像- 1
2.重點(diǎn)
詳細(xì)觀察GRB2和SOS1在細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的蛋白質(zhì)間相互作用。
發(fā)現(xiàn)GRB2兩個(gè)結(jié)構(gòu)域(注3 )對SOS1的GRB2結(jié)合位點(diǎn)有不同的結(jié)合親和力。
這種不同的結(jié)合親和性，促進(jìn)了分子間的交聯(lián)，暗示了這有可能導(dǎo)致液液相分離( LLPS )的形成。
通過使用NMR和新數(shù)據(jù)分析法，闡明了GRB2全長迄今為止未知的物理特性。
3研究背景
我們的身體通過對來自外部的各種信息進(jìn)行反應(yīng)，采取適合該狀況的適當(dāng)行動(dòng)，從而正常發(fā)揮作用。 例如，激素和生長因子等內(nèi)分泌物質(zhì)，作為來自體外和體內(nèi)的信息信號到達(dá)特定的細(xì)胞，細(xì)胞就會(huì)相應(yīng)地進(jìn)行分裂、生長、修復(fù)等過程。 接收這樣來自外部的信號，并在細(xì)胞內(nèi)部將其正確地傳遞到DNA的過程就是“細(xì)胞內(nèi)信號傳遞”。
在這個(gè)信號傳遞的上游過程中，名為GRB2和SOS1的蛋白質(zhì)起著中心作用。 GRB2從細(xì)胞膜上的受體接收信號，并將其傳達(dá)給SOS1。 SOS1將這個(gè)信號傳遞給一個(gè)叫RAS的分子，最終將信息傳遞給細(xì)胞核中存在的DNA (圖1 )。 這樣，細(xì)胞就會(huì)根據(jù)該信息產(chǎn)生相應(yīng)的反應(yīng)。 但是，在以前的研究中，GRB2和SOS1是如何發(fā)生蛋白質(zhì)間的相互作用，來自外部的信號是如何傳遞到DNA的，其詳細(xì)情況還沒有被充分理解。 另外，近年來，GRB2和SOS1可能通過發(fā)生液液相分離這一現(xiàn)象，對信號轉(zhuǎn)導(dǎo)進(jìn)行了更精密的調(diào)控。 但是，關(guān)于GRB2和SOS1這樣的分子是如何發(fā)生聚集和離散，引起宏觀液滴的形成和消失的，在分子原子水平上幾乎沒有弄清楚。 研究沒有進(jìn)展的原因之一還在于，由于GRB2和SOS1具有比普通蛋白質(zhì)更柔軟的區(qū)域，因此結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究中采用最多的x射線晶體結(jié)構(gòu)分析和低溫電子顯微鏡等解析法難以適用。 隨著對GRB2和SOS1的蛋白質(zhì)間相互作用的理解的加深，期待著疾病的原因的闡明和新的治療方法的開發(fā)。 此次研究旨在從分子水平上闡明這一未解開的過程，從而更加明確細(xì)胞內(nèi)信號傳遞的整體情況。
4研究詳情
在這項(xiàng)研究中，我們應(yīng)用核磁共振波譜法( NMR )這種用于化學(xué)物質(zhì)分析的方法詳細(xì)調(diào)查了GRB2和SOS1的蛋白質(zhì)間相互作用。 即使是GRB2和SOS1這樣具有運(yùn)動(dòng)性大且柔軟區(qū)域的蛋白質(zhì)，NMR也能分析這些分子的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)性的大小和速度。 另外，本研究還成功開發(fā)了從NMR數(shù)據(jù)中選擇分子間結(jié)合的強(qiáng)度、最有可能的結(jié)合模型來推測值的新計(jì)算方法。
結(jié)合這種新計(jì)算方法和NMR測量，詳細(xì)分析了GRB2與SOS1的相互作用的樣式和強(qiáng)度(圖2A )。 GRB2由3個(gè)被稱為結(jié)構(gòu)域的功能部位( NSH3、SH2、CSH3 )連接而成。 迄今為止的研究表明，2個(gè)SH3結(jié)構(gòu)域( NSH3和CSH3 )與SOS1的相互作用有關(guān)，這2個(gè)結(jié)構(gòu)域與SOS1幾乎相同。 但是，此次分析表明，NSH3對SOS1的結(jié)合親和力比CSH3強(qiáng)10?20倍，表明SH3結(jié)構(gòu)域具有不同的作用。 另外，發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)SH3結(jié)構(gòu)域的運(yùn)動(dòng)性也有很大的不同，由此可見與SOS1的相互作用方式在結(jié)構(gòu)域之間也有很大的不同。 該發(fā)現(xiàn)提示，細(xì)胞內(nèi)GRB2和SOS1的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制比以往的理解復(fù)雜得多，可能會(huì)對信號的強(qiáng)度和種類產(chǎn)生巨大影響。
特別是，近年來提示，GRB2和SOS1可能通過引起液液相分離來微調(diào)細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。 因此，我們也關(guān)注了GRB2和SOS1的復(fù)雜相互作用方式及其與液液相分離的關(guān)系(圖2B )。 根據(jù)本研究結(jié)果推測的GRB2和SOS1的相互作用模型( LLPS形成機(jī)制模型)如下。 (1) GRB2單獨(dú)存在時(shí)，GRB2的CSH3域發(fā)生了很大的波動(dòng)。 當(dāng)兩個(gè)SH3結(jié)構(gòu)域與SOS1的結(jié)合區(qū)相互作用時(shí)，CSH3結(jié)構(gòu)域的位置會(huì)發(fā)生較大變化，促進(jìn)GRB2的二聚體化。 (2)由于GRB2兩個(gè)SH3結(jié)構(gòu)域?qū)OS1的結(jié)合親和力相差10?20倍，SOS1的一個(gè)分子所具有的多個(gè)結(jié)合位點(diǎn)的結(jié)合步驟不同，從而導(dǎo)致GRB2交聯(lián)多個(gè)SOS1。 據(jù)此，多個(gè)分子聚集在一個(gè)地方，作為整體會(huì)引起液液相分離。
這次的研究成果，在理解細(xì)胞如何接收來自外部的信號，將這個(gè)信息有效地傳遞給DNA的基本機(jī)制上，提供了重要的一步。

圖像- 2
5研究意義及波及效應(yīng)
本研究通過揭示GRB2與SOS1相互作用的詳細(xì)機(jī)制，加深了對細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制的理解。 特別是，有跡象表明GRB2可能通過液液相分離調(diào)節(jié)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的強(qiáng)度，這一發(fā)現(xiàn)可能有助于開發(fā)因細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)異常引起的癌癥等疾病的新療法。 另外，通過NMR的活用，可以高分辨率觀察用以往的方法無法觀察到的動(dòng)態(tài)蛋白質(zhì)相互作用，期待對今后的生物物理學(xué)的研究也產(chǎn)生巨大的影響。
6論文信息
(標(biāo)題)

Different molecular recognition by three domains of the full-length GRB2 to SOS1 proline-rich motifs and EGFR phosphorylated sites

(作者姓名) Keita Tateno,Takami Ando,Maako Tabata,Haruka Sugasawa,Toshifumi Hayashi,Sangya Yu,Sayeesh PM,Kohsuke Inomata,Tsutomu Mikawa,YutakaIto*,and TeppeiIkeya*　*Corresponding authors
(雜志名稱) Chemical Science化學(xué)科學(xué)
( DOI ) 10.1039/D4SC02656J
7研究資助
本研究是科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)( JST )戰(zhàn)略性創(chuàng)造·研究推進(jìn)事業(yè)CREST“細(xì)胞內(nèi)現(xiàn)象的時(shí)空動(dòng)力學(xué)”研究領(lǐng)域·研究課題名“基于Insel NMR測量的細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)·動(dòng)態(tài)·功能闡明”(課題編號: JPMJCR21E5，研究代表者:西田紀(jì)貴)、 日本學(xué)術(shù)振興會(huì)( JSPS )“科學(xué)研究費(fèi)資助事業(yè)(課題編號: JP15K06979、JP19H05645、JP15H01645、JP16H00847、JP17H05887、JP19H05773、JP26102538、jp 25125128 通過島津科學(xué)技術(shù)振興財(cái)團(tuán)、精密測量技術(shù)振興財(cái)團(tuán)的研究資金支持和文部科學(xué)省“尖端研究基礎(chǔ)共用促進(jìn)事業(yè)NMR平臺(課題編號: JPMXS0450100021 )理化學(xué)研究所共用NMR裝置”的利用來實(shí)施。
8補(bǔ)充說明
(注1 )核磁共振波譜法( NMR ) :
在將物質(zhì)放置在強(qiáng)磁場的狀態(tài)下，如果對物質(zhì)照射無線電波，就能得到反映物質(zhì)磁性狀態(tài)的信號。 將該方法應(yīng)用于生物分子(蛋白質(zhì)或DNA )，可以得到分子的立體結(jié)構(gòu)、溶液內(nèi)的運(yùn)動(dòng)性、分子間相互作用的信息等。
(注2 )液液相分離( LLPS ) :
濃度不同的兩種水溶液如水和油一樣分離的現(xiàn)象。 從宏觀上看，可以觀察到液滴這個(gè)球狀的結(jié)塊。 近年來，我們知道這種現(xiàn)象在細(xì)胞內(nèi)的每個(gè)地方都發(fā)生，人們認(rèn)為這是通過在液滴內(nèi)大幅改變生物分子的濃度分布來調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的各種現(xiàn)象。
(注3 ) (蛋白質(zhì)的)結(jié)構(gòu)域:
許多蛋白質(zhì)在一個(gè)分子中也有多個(gè)立體結(jié)構(gòu)緊湊地集中在一起，具有一個(gè)獨(dú)立功能的區(qū)域。 這個(gè)結(jié)構(gòu)的集合之一被稱為域。