表皮生長(zhǎng)因子受體EGFR是一種細(xì)胞表面蛋白，與多種癌癥密切相關(guān),，也是癌癥治療的主要靶標(biāo),。日前，美國(guó)Lawrence Berkeley國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和加州大學(xué)Berkeley分校的研究人員,，通過(guò)前沿技術(shù)完善了EGFR激活的詳細(xì)機(jī)制,，文章發(fā)表在Cell雜志上。
“我們對(duì)EGFR以及細(xì)胞生長(zhǎng)/增殖的復(fù)雜分子機(jī)制了解得越多,，就能夠更好的開(kāi)發(fā)新癌癥療法,，更有效的治療多種癌癥，”文章的通訊作者之一,，化學(xué)家Jay Groves說(shuō),。“通過(guò)時(shí)間分辨熒光光譜,、核磁共振和計(jì)算機(jī)建模，我們確定了當(dāng)配體（EGF）結(jié)合時(shí),，EGFR激活的全部機(jī)制,。”文章的另一位通訊作者是John Kuriyan。
從高中生物課上,，我們學(xué)到基因編碼信息被翻譯為特定蛋白,。不過(guò)，許多蛋白必須經(jīng)由翻譯后程序激活,，比如自身磷酸化。蛋白激活影響著許多重要的細(xì)胞過(guò)程,，包括細(xì)胞增殖,、分化和遷移。若EGFR出現(xiàn)故障使這些過(guò)程脫離控制,，就會(huì)導(dǎo)致癌癥,。然而，盡管EGFR與癌癥有著密切關(guān)聯(lián),，人們對(duì)EGFR的激活機(jī)制還并不完全了解,。
“受體酪氨酸激酶是一個(gè)細(xì)胞表面受體大家族，EGFR也是其中一員,。EGFR有一個(gè)細(xì)胞外的配體結(jié)合域,，和一個(gè)細(xì)胞內(nèi)的激酶區(qū)域，” Groves說(shuō),。“教科書(shū)上對(duì)EGFR激活的解釋是,，其配體EGF結(jié)合到配體結(jié)合域，誘導(dǎo)受體二聚化,，隨后二聚體的兩個(gè)激酶區(qū)域相互磷酸化,。”
Groves認(rèn)為這一解釋過(guò)于簡(jiǎn)單，因?yàn)樵谙鄬?duì)較低的濃度下,，即使沒(méi)有EGF誘導(dǎo)的二聚化,，單獨(dú)的激酶域在溶液中也能自激活。二聚化是指兩個(gè)同樣的分子聚合形成單個(gè)化合物,。
研究人員發(fā)現(xiàn),，除了配體EGF結(jié)合以外，EGFR激活還需要EGFR跨膜螺旋和細(xì)胞膜附近區(qū)域發(fā)生結(jié)構(gòu)偶聯(lián),。正是這種結(jié)構(gòu)偶聯(lián),，允許配體存在時(shí)EGFR發(fā)生二聚化。
“未結(jié)合配體時(shí),，EGFR的構(gòu)象使細(xì)胞內(nèi)的激酶區(qū)域無(wú)法靠近,，” Groves說(shuō)。“當(dāng)配體EGF結(jié)合時(shí)，這一限制解除,，兩個(gè)EGFR發(fā)生二聚化,，然后彼此磷酸化。”
研究人員通過(guò)時(shí)間分辨熒光光譜技術(shù),，在活細(xì)胞中實(shí)時(shí)觀察了當(dāng)配體EGF激活EGFR時(shí),，EGFR移動(dòng)并裝配成二聚體的過(guò)程。由此,，他們完全解析了EGFR的激活機(jī)制,。下一步研究人員將利用時(shí)間分辨熒光光譜技術(shù)研究另一類(lèi)酪氨酸激酶（Eph受體），和免疫系統(tǒng)中重要的T細(xì)胞受體,。
“我們更大的目標(biāo)是,，通過(guò)這一新的定量技術(shù)，將生物學(xué)轉(zhuǎn)化為硬物理科學(xué),，” Groves說(shuō),。“從前我們是將觀察到的現(xiàn)象拼貼起來(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)單描述，現(xiàn)在我們希望在物理學(xué)的基礎(chǔ)上理解生物系統(tǒng)的作用機(jī)制,。”(生物谷Bioon.com)
doi:10.1016/j.cell.2012.12.032
PMC:
PMID:
Conformational Coupling across the Plasma Membrane in Activation of the EGF Receptor
Nicholas F. Endres, Rahul Das, Adam W. Smith, Anton Arkhipov, Erika Kovacs, Yongjian Huang, Jeffrey G. Pelton, Yibing Shan, David E. Shaw, David E. Wemmer, Jay T. Groves, John KuriyanSee Affiliations
How the epidermal growth factor receptor (EGFR) activates is incompletely understood. The intracellular portion of the receptor is intrinsically active in solution, and to study its regulation, we measured autophosphorylation as a function of EGFR surface density in cells. Without EGF, intact EGFR escapes inhibition only at high surface densities. Although the transmembrane helix and the intracellular module together suffice for constitutive activity even at low densities, the intracellular module is inactivated when tethered on its own to the plasma membrane, and fluorescence cross-correlation shows that it fails to dimerize. NMR and functional data indicate that activation requires an N-terminal interaction between the transmembrane helices, which promotes an antiparallel interaction between juxtamembrane segments and release of inhibition by the membrane. We conclude that EGF binding removes steric constraints in the extracellular module, promoting activation through N-terminal association of the transmembrane helices.
