生物通报道：来自中科院生物化学与细胞生物学研究所的研究人员发表了题为“Structural Mechanism of CCM3 Heterodimerization with GCKIII Kinases”的文章，发现了脑海绵状血管瘤的一种致病基因：CCM3与GCKIII激酶：MST4之间的结构聚合作用机制，揭示了这两者的异源二聚化调控机制，相关成果公布在Cell出版社旗下Structure杂志上。

文章的通讯作者为生物化学与细胞生物学研究所周兆才研究员和张雷研究员，这是周兆才研究组今年发布的多篇结构生物学研究成果中的最新一项成果，此前这一研究组与赵允研究组合作，阐述了支架蛋白MO25对STE20家族激酶MST4的激活机制。

脑海绵状血管瘤（CCM）是一种脑血管畸形疾病，与其相关的三个致病基因分别是CCM1，CCM2和CCM3。CCM3基因突变会引发海绵状血管畸形，导致神经功能障碍、癫痫和出血性脑中风等多种疾病。

小鼠和斑马鱼动物实验表明CCM3在早期胚胎血管生成和心血管发育方面有重要作用。CCM3可以与GCKIII激酶（包括MST3，MST4和STK25），CCM2，paxillin，以及VEGFR2等多种蛋白相互作用。GCKIII激酶与MO25和CCM3等蛋白相互作用参与调控众多生物学过程。MO25能显著提高GCKIII激酶的激酶活性。

3月周兆才研究组同样在Structure报道了MO25激活MST4的结构机制——发现MO25的结合使得MST4的关键元件alpha-C螺旋的构象发生显著变化，从而稳定了MST4活性中心的激活状态。通过对晶体结构中MST4同源 二聚化的分析，揭示了MST4“分子间自身磷酸化”的机制。

同时研究表明，CCM3可通过与GCKIII异源寡聚将其招募到Striatin和PP2A等形成的STRIPAK复合物，从而调控其生理功能。但其中具体结构机制并不清楚。在这篇文章中，研究人员通过解析CCM3与GCKIII家族激酶MST4异源二聚体的晶体结构，分析两者的相互作用界面，确定了两者相互作用的关键位点。通过比较CCM3-MST4异源和同源二聚体的结构，揭示了CCM3和GCKIII激酶通用的二聚化模式，并阐述了关键残基对同源或异源二聚化的差异化影响。此外，CCM3上N端二聚化结构域与C-端FAT结构域之间的一段柔性的连接序列在介导CCM3同源和异源二聚体装配和解聚中起着关键作用。

细胞学实验结合突变研究表明，CCM3与MST4异源二聚体协同促进细胞迁移和细胞增殖。研究人员基于CCM3与GCKIII家族不同成员相互作用模式的相似性，以及CCM3在促生长和促凋亡通路发挥的差异化功能，推测CCM3以相同的方式与不同的GCKIII家族激酶结合，从而调控不同的信号通路。这一工作为深入研究CCM3-GCKIII的生物学功能奠定了坚实基础。

原文摘要：

Structural Mechanism of CCM3 Heterodimerization with GCKIII Kinases

Mutation of CCM3 causes cerebral cavernous malformations of the vasculature, leading to focal neurological deficits, seizures, and hemorrhagic stroke. CCM3 can heterodimerize with GCKIII kinases (MST3, MST4, and STK25) to regulate cardiovascular development. Here, we provide direct experimental evidence to prove that CCM3 heterodimerizes with GCKIII in a manner structurally resembling the CCM3 homodimerization. Structural comparison revealed the mechanism and critical residues that drive CCM3-GCKIII heterodimerization versus homodimerization. A flexible linker was identified for CCM3, which mediates a large-scale conformational rotation of the FAT domain relative to the dimerization domain. The conformational flipover of FAT domain removes steric locking in the CCM3 homodimer and allows its disassembly and subsequent heterodimerization with GCKIII. CCM3 forms a stable complex with MST4 in vivo to promote cell proliferation and migration synergistically in a manner dependent on MST4 kinase activity. Collectively, our work offers a structural basis for further functional study.

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