復(fù)旦大學(xué)徐彥輝組解析人源ATR-ATRIP結(jié)構(gòu)揭示DNA損傷應(yīng)答機(jī)制
復(fù)旦大學(xué)徐彥輝課題與清華大學(xué)王宏偉、王佳偉課題組合作，于12月22日在細(xì)胞研究《Cell Research》雜志，在線發(fā)表了題為“Cryo-EM structure of human ATR-ATRIP complex”的研究論文，報(bào)道了人源DNA損傷應(yīng)答關(guān)鍵復(fù)合物ATR-ATRIP冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。
DNA損傷（DNA damage）是導(dǎo)致基因組不穩(wěn)定，細(xì)胞癌變或凋亡的重要來源。ATR（ataxia-telangiectasia mutated- and Rad3-related）是DNA損傷檢查點(diǎn)的關(guān)鍵激酶蛋白，傳遞損傷信號(hào)至效應(yīng)器的核心蛋白啟動(dòng)修復(fù)。因此ATR是抗癌藥物設(shè)計(jì)的重要靶標(biāo)。ATR的功能研究已經(jīng)有20余年，但至今都沒有人源ATR蛋白的高分辨結(jié)構(gòu)，也限制了人們對(duì)ATR發(fā)揮功能的理解。
研究人員成功解析了人源DNA損傷檢查點(diǎn)核心激酶復(fù)合物ATR-ATRIP整體分辨率為4.7 Å，催化核心分辨率為3.9 Å的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)（下圖），并構(gòu)建了催化核心的原子模型，為ATR-ATRIP復(fù)合物的組裝和發(fā)揮功能的分子機(jī)制提供了重要的結(jié)構(gòu)信息。
ATR-ATRIP復(fù)合物的整體結(jié)構(gòu)
該研究成果闡釋了ATR-ATRIP的組裝方式與ATR的催化反應(yīng)的分子機(jī)制，發(fā)現(xiàn)復(fù)合物中ATR形成非對(duì)稱的二體，其柔性很可能與其功能調(diào)控密切相關(guān)。根據(jù)結(jié)構(gòu)信息搭建的ATR與其異性小分子抑制劑VX-970的模型，為酶活性抑制機(jī)理提供了理論依據(jù)，為未來抗癌藥物設(shè)計(jì)提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)分析表明ATR呈現(xiàn)開放的催化中心，不存在抑制結(jié)構(gòu)元件阻擋底物進(jìn)入催化中心，既底物可以自由進(jìn)出催化中心并發(fā)生磷酸化反應(yīng)。該構(gòu)象與人源ATM（ataxia-telangiectasia mutated）的開放構(gòu)象相似，卻與近期蔡剛教授報(bào)道的酵母源Mec1（ATR）狀態(tài)不同。
值得一提的是，ATR與mTOR，DNA-PKcs同屬PIKK蛋白激酶家族。徐彥輝課題組前期報(bào)了mTORC1復(fù)合物和DNA-PK全酶復(fù)合物的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，上述工作較為系統(tǒng)的闡釋了PIKK家族蛋白的共性和特性，為該家族蛋白的結(jié)構(gòu)與功能研究，做出了一定的貢獻(xiàn)。
該項(xiàng)工作是復(fù)旦大學(xué)與清華大學(xué)研究人員合作完成，復(fù)旦大學(xué)博士生饒欽輝和劉夢(mèng)杰為共同第一作者，徐彥輝、王宏偉、王佳偉為共同通訊作者。徐彥輝為復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院研究員，復(fù)旦大學(xué)生物醫(yī)學(xué)研究院（Institutes of Biomedical Sciences）兼職研究員（課題組網(wǎng)頁(yè)http://xulab.fudan.edu.cn/index.html）。該項(xiàng)研究工作得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院先導(dǎo)專項(xiàng)等項(xiàng)目的支持。國(guó)家蛋白質(zhì)設(shè)施（上海）、中科院生物物理所和清華大學(xué)三家單位的電鏡平臺(tái)在樣品制備和數(shù)據(jù)收集等方面給予了重要的支持
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