人工智能助力解析膽固醇代謝之謎

本報訊（記者李晨陽）6月29日，美國普林斯頓大學教授顏寧與中國清華大學助理教授閆創(chuàng)業(yè)、西湖大學鄢仁鴻等合作，在《細胞報告》上進一步揭示了膽固醇代謝的關鍵調控機理。

“這項工作有兩大亮點：第一是用人工智能（AI）技術輔助解析中低分辨率的結構，第二是進一步了解了Scap蛋白和Insig蛋白作為細胞內(nèi)膽固醇感應器的工作機理?！鳖亴幐嬖V《中國科學報》。

人體如何通過負反饋調節(jié)機制維持膽固醇的穩(wěn)態(tài)？膽固醇代謝調節(jié)機制——SREBP信號通路扮演了非常重要的角色。

Scap和Insig是SREBP通路中的兩個關鍵蛋白，它們之間由膽固醇分子或膽固醇衍生物介導的相互作用，能夠調控SREBP轉錄因子的活性，實現(xiàn)在細胞內(nèi)膽固醇含量降低時激活其攝取和合成基因的表達，而在含量升高后抑制這一過程，從而實現(xiàn)負反饋調節(jié)模式。然而，由于技術難度較高，這個通路的結構生物學研究一直進展緩慢。

2021年1月，顏寧和閆創(chuàng)業(yè)、鄢仁鴻等人在《科學》上發(fā)表一項研究，首次獲得了跨膜區(qū)平均分辨率約3.7埃的人源Scap與Insig-2蛋白復合物的電鏡結構，可以直接觀測分子間相互作用細節(jié)。他們還在Scap和Insig-2相互作用界面上首次看到了具有重要功能的分子25—羥基膽固醇（25HC），顛覆了此前人們對25HC結合位點和調控機理的認知。

此次發(fā)表的論文是上一篇論文的延續(xù)。論文第一作者兼共同通訊作者鄢仁鴻對《中國科學報》說，“上一篇發(fā)表于《科學》的論文已經(jīng)揭示了由25HC介導的Scap和Insig在跨膜區(qū)部分的作用細節(jié)，而本篇論文則是試圖解析Scap在胞外區(qū)Loop1和Loop7的作用機制?！?/p>

研究人員通過去垢劑篩選的方法進一步優(yōu)化了Scap和Insig的復合物樣品，獲得了Scap的loop1和loop7的中低分辨率密度圖，但并不足以搭建它的原子模型。如何用分辨率相對較低的圖像做好結構解析？研究人員采用了騰訊公司開發(fā)的AI工具“tFold”對Scap蛋白在胞外區(qū)的結構進行預測，同時結合較低分辨率的電子密度圖進行最終的結構模型搭建。

“這項技術的優(yōu)勢是通過AI方法，結合蛋白質氨基酸序列特征，較好預測出一個類似的結構模型，從而加快對蛋白質結構的理解?！臂橙束櫿f。

該研究還有一個意外收獲：研究人員用一種被稱為“洋地黃皂苷”的去垢劑將蛋白質從細胞膜上抽提出來，首次發(fā)現(xiàn)這種物質在結構上可以特異性地替代25HC，促進Scap和Insig之間的相互作用。這可能為膽固醇調節(jié)新藥研發(fā)提供一個潛在靶點。

相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.celrep.2021.109299

《中國科學報》 (2021-07-01 第4版 綜合)

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