SOCE中重要蛋白STIM1胞質(zhì)區(qū)的結(jié)構(gòu)與功能研究.pdf

1、細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度的快速變化是一種最為常見(jiàn)的細(xì)胞信號(hào)傳遞方式，與細(xì)胞分泌、基因表達(dá)、肌肉收縮等多種生命活動(dòng)密切相關(guān)。胞內(nèi)鈣庫(kù)操縱的鈣離子內(nèi)流(Store Operated Ca2+Entry，SOCE)是細(xì)胞攝取外源鈣離子主要途徑之一，SOCE主要由細(xì)胞內(nèi)的鈣庫(kù)一內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或肌漿網(wǎng)內(nèi)的鈣離子濃度的下降所激活。整個(gè)過(guò)程需要兩個(gè)蛋白質(zhì)家族的參與，一種是位于細(xì)胞質(zhì)膜上的鈣離子釋放激活的鈣離子通道(Ca2+release-activated Ca2+

2、channel，CRAC)，現(xiàn)已確定這類通道由Orai家族的三個(gè)蛋白組成；另一種是位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或肌漿網(wǎng)膜上的一次跨膜蛋白STIMs(Stromal interaction molecules)家族。作為唯一一個(gè)既能作為細(xì)胞鈣庫(kù)濃度的感受器又能激活CRAC的蛋白家族，STIMs對(duì)于SOCE的調(diào)控起著極其關(guān)鍵的作用。
　　 目前，STIMs家族中的STIM1和STIM2分子位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)的N端EF-SAM結(jié)構(gòu)域結(jié)合鈣離子的三維結(jié)構(gòu)已通過(guò)

3、核磁共振的方法得以解析。但是位于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的C端部分的結(jié)構(gòu)尚無(wú)報(bào)道。雖然通過(guò)各種細(xì)胞生物學(xué)和細(xì)胞電生理學(xué)實(shí)驗(yàn)，使得CRAC的調(diào)控機(jī)制研究取得了諸多進(jìn)展，但由于缺少結(jié)構(gòu)模型，使得CRAC激活的分子機(jī)制研究受到了很大的限制。本研究利用X射線晶體學(xué)方法解析了人源STIM1的SOAR結(jié)構(gòu)域(hsSOAR)，和線蟲(chóng)來(lái)源的整個(gè)Coiled-coil區(qū)(Caenorhabditis elegans STIM1 Coiled-coil Region，ce

4、STIM1-CCR)。根據(jù)結(jié)構(gòu)分析的結(jié)果，利用細(xì)胞生物學(xué)和生理學(xué)手段，對(duì)CRAC激活的分子機(jī)制進(jìn)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(jù)結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)的干擾hsSOAR二聚體形成的突變可以使得hsSOAR和全長(zhǎng)hsSTIM1完全失去對(duì)hsOrai1的激活能力。hsSOAR二聚體“V”字型的兩個(gè)頂端均存在一個(gè)正電荷聚集區(qū)，破壞這個(gè)正電荷區(qū)的突變體同樣會(huì)失去激活hsOrai

5、1通道的能力。
　　 ceSTIMl-CCR片段的結(jié)構(gòu)包含整個(gè)SOAR結(jié)構(gòu)域以及靠近SOAR N端的一段小螺旋IH，這段螺旋與SOAR結(jié)構(gòu)域存在多種相互作用。通過(guò)對(duì)IH的敲除突變發(fā)現(xiàn)，當(dāng)STIM1分子失去IH之后，會(huì)在細(xì)胞鈣庫(kù)內(nèi)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(duì)于細(xì)胞靜息狀態(tài)下維持STIM1的自抑制狀態(tài)起關(guān)鍵作用。
　　 通過(guò)對(duì)于STIM1兩個(gè)片段的結(jié)構(gòu)分析和功能研究，結(jié)合關(guān)于CRAC現(xiàn)有的研

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