朱平研究组冷冻电镜结构揭示人体内广谱小蛋白酶抑制剂Alpha-2-巨球蛋白的动态变化过程及工作机制

日期：2022-07-08　　浏览次数：1110

来源：中国科学杂志社

人Alpha-2-巨球蛋白（human alpha-2-macroglobulin，简称hA2M）是一种重要的广谱抑制小蛋白酶的大型糖蛋白（四聚体，分子量720KD），在人体血液中含量丰富。hA2M可以抑制几乎所有种类的小蛋白酶（分子量在80KD以下），以防止它们在血液中过量存在。同时，hA2M也是人身体内最“多才多艺”的蛋白之一，比如hA2M可以调节多种免疫细胞的功能，影响中性粒细胞的迁移和粘附并促进巨噬细胞的吞噬和抗原提呈；hA2M 还可以结合多种细胞因子和生长因子以调节它们的功能。

hA2M之所以如此“多才多艺”，离不开它特殊的分子结构：当它处于原始构象（native A2M， 简称nA2M）时，其所具有的独特的“诱饵区”氨基酸序列可以吸引几乎所有的小蛋白酶去切割，一旦小蛋白酶将“诱饵区”切割，hA2M会迅速变构，变成一个笼子状蛋白（被称为induced A2M，简称为iA2M），将小蛋白酶捕获并囚禁在“笼子”内。为了清除体内多余的小蛋白酶，变成笼子的hA2M会找到细胞上对应的受体LRP1，并与之结合而进入靶细胞，将小蛋白酶带到靶细胞内去消化。由于LRP1本身具有激活细胞内多种信号通路的能力（包括促进细胞生长，迁移，骨架重塑等信号通路），iA2M还是靶细胞（比如白细胞）的一个调节因子。另外，多种细胞因子和生长因子还可以依赖于nA2M和iA2M的不同结构而与nA2M或iA2M选择性结合并调节其功能。

因此，hA2M承担的各种生理功能依赖于其在体内存在的两种主要构象：nA2M和iA2M，而对小蛋白酶的捕获是hA2M从原始构象向笼子构象转变的主要因素。正是因为hA2M承担的功能如此之多，其在血液中的含量可以高达2-4mg/ml。

几十年来，研究者们一直尝试对hA2M的原始构象nA2M及捕捉底物蛋白酶后的诱导构象iA2M进行结构解析，但一直难以获得高分辨率结构。主要原因是hA2M在血液中形态高度不均一，并且其中有些结构域非常柔性。

中国科学院生物物理所朱平课题组通过对人血液中的hA2M纯化，冷冻电子显微镜（Cryo-EM）收取数据，结合多种计算方式，克服了之前结构解析的难题，不但得到了nA2M和iA2M的较高分辨率结构（其单体结构分别为3.9埃和3.7埃），还得到了hA2M从nA2M向iA2M变构过程中一系列中间态的结构。这些结构串起来精彩地呈现了整个hA2M的变构过程 （图1），使得人们可以直观地看到这个“多才多艺”的蛋白在人体内是如何上演“变形记”以及行使其功能的过程。

图1: hA2M的变构过程 （Huang et al. Science China Life Sciences, 2022）

该工作由中国科学院生物物理研究所朱平课题组副研究员黄晓星博士、王有望博士、郁聪、张慧和中国医学科学院药用植物研究所茹强博士承担共同第一作者完成，朱平研究员为通讯作者。

原文链接：https://www.sciengine.com/SCLS/doi/10.1007/s11427-022-2139-2;JSESSIONID=b43d6808-e923-4314-89ec-7858fcfe27e3