2018年11月14日，國際學術期刊PLOS Biology在線發(fā)表了中國科學院生物化學與細胞生物學研究所許琛琦研究組的最新研究成果：“Intramembrane ionic protein–lipid interaction regulates integrin structure and function”。該研究發(fā)現(xiàn)了整合素跨膜區(qū)存在保守的堿性氨基酸可以通過與酸性磷脂之間形成靜電相互作用，從而穩(wěn)定靜息狀態(tài)下整合素的異源二聚體構象，而鈣離子內流可以通過與酸性磷脂競爭性結合，破壞原有的靜電平衡，促進整合素活化。

 

        膜蛋白的跨膜區(qū)通常較為疏水，而研究人員通過生物信息學的分析發(fā)現(xiàn)，約有40%的單跨膜蛋白的跨膜區(qū)存在堿性氨基酸，其中包括廣泛表達的整合素家族，而這些堿性氨基酸主要分布在靠近富含酸性磷脂的質膜內側的位置。之前針對整合素aIIbb3的研究表明，跨膜區(qū)堿性氨基酸的突變會引起整合素的活化，但具體機制尚不清楚。研究人員通過NMR，分子動態(tài)模擬和細胞生物學方法研究T細胞中重要的整合素aLb2發(fā)現(xiàn)，突變跨膜區(qū)堿性氨基酸K702后，會引起跨膜區(qū)二聚體的不穩(wěn)定。分子動態(tài)模擬結果顯示，酸性磷脂可以同時與b2亞基上的K702位點以及aL上的R1094位點相互作用,從而穩(wěn)定跨膜區(qū)異源二聚體。在生理狀態(tài)下,這一作用可以調控整合素aLb2胞外段的構象以及對配體ICAM-1的親和力。TCR活化后，胞外鈣離子快速內流，引起胞內鈣離子濃度升高，內流的Ca²⁺可以通過與酸性磷脂結合，引起aLb2跨膜區(qū)的分離以及整合素的活化（圖1）。該項研究提出了膜內靜電相互作用在調控受體構象及活性中的重要作用，同時提出了Ca²⁺內流調控aLb2活性的新機制。由于堿性氨基酸在跨膜區(qū)中廣泛存在，這一蛋白-磷脂靜電相互作用調控膜蛋白結構與功能的機制可能具有廣泛的適用性。

 

        許琛琦研究組一直從事脂質分子調控T細胞重要受體結構及功能的研究，前期的研究發(fā)現(xiàn)細胞質膜內層酸性磷脂通過與TCR/CD3以及CD28胞內區(qū)堿性氨基酸簇發(fā)生靜電相互作用從而屏蔽TCR的活化(Cell, 2008)以及CD28的下游信號(Nat Struct Mol Biol, 2017)，而T細胞初始激活產(chǎn)生的Ca²⁺可通過靜電競爭解除TCR和CD28的屏蔽并促進其活化(Nature, 2013; Nat Struct Mol Biol, 2017)，從而提高T細胞的抗原敏感性，放大T細胞信號強度。而該項研究發(fā)現(xiàn)跨膜區(qū)的堿性氨基酸也可以通過與質膜內側的酸性磷脂形成靜電相互作用，調控受體蛋白的結構和活化。

 

        許琛琦研究員，陳劍峰研究員和大連化學物理研究所的李國輝研究員為該論文的共同通訊作者。許琛琦組郭俊博士，李華副研究員，陳劍峰組張有華博士和大連化物所的楚慧郢博士為該論文的共同第一作者。該項工作得到了國家自然科學基金委，中科院和上海市的經(jīng)費支持；數(shù)據(jù)收集工作得到了國家蛋白質科學研究中心（上海）核磁共振系統(tǒng)的支持。

 

        論文鏈接：https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.2006525