颜宁团队连续发表3篇Cell/Nature，首次解析了NPC1/2复合物结构

来源：iNature

溶酶体胆固醇的排出需要两种蛋白质NPC1和NPC2，其缺陷是造成C型Niemann-Pick疾病的原因。

2020年6月15日，颜宁及杨洪远共同通讯在Cell 在线发表题为“Structural Basis of Low-pH-Dependent Lysosomal Cholesterol Egress by NPC1 and NPC2”的研究论文，该研究揭示了低pH依赖性胆固醇从NPC2传递到NPC1跨膜（TM）域的分子基础。

在通道的膜边界发现了一个假定的胆固醇分子，TM2向SSD上的表面袋形成。最后，在pH 5.5时获得了分辨率为4.0Å的NPC1-NPC2复合物的结构，阐明了胆固醇从NPC2转移到NPC1（NTD）的分子基础。

另外，2020年6月8日，颜宁团队在PNAS 在线发表题为“Employing NaChBac for cryo-EM analysis of toxin action on voltage-gated Na+ channels in nanodisc”的研究论文，该研究介绍在洗涤剂胶束和纳米圆盘中NaChBac的单粒子冷冻电子显微镜（cryo-EM）分析。在两种条件下，NaChBac的构象与潜在灭活的NavAb的构象几乎相同。确定纳米光盘中NaChBac的结构使研究人员能够检查脂质双层中Nav通道的门控修饰剂毒素（GMT）。为了研究哺乳动物Nav通道中的GMT，该研究生成了一个嵌合体，其中Nav1.7的第二个电压感测域中S3和S4区段的细胞外片段替换了NaChBac中的相应序列。此解决方案可实现毒素对接的可视化。因此，NaChBac可以用作膜环境中GMT与Nav通道之间相互作用的结构研究的便捷替代品（点击阅读）。

2020年5月13日，颜宁等团队在Nature 在线发表题为”Structural basis for catalysis and substrate specificity of human ACAT1“的研究论文，该研究介绍了人类ACAT1的冷冻电子显微镜结构。每个protomer都由九个跨膜段组成，这些段包围了一个胞质通道和一个在预计的催化位点会聚的跨膜通道。结构指导的突变分析的证据表明，酰基辅酶A通过细胞质通道进入活性位点，而胆固醇可能从侧面通过跨膜通道进入。这种结构和生化特征有助于合理化ACAT1对不饱和酰基链的偏好，并提供对MBOAT家族中酶催化机制的见解（点击阅读）。

Niemann-Pick疾病C型（NPC）是一种罕见的遗传疾病，其特征是肝，脾和脑细胞中溶血体的胆固醇和鞘脂储藏缺陷，导致临床表型以肝脾肿大和严重损害认知发育为主导。虽然从历史上将NPC视为儿童的进行性神经系统疾病，但最近对患病率的估计已提高了对迟发性NPC的认识，并将总发病率更新为1 / 19,000至36,000。

在已确定的与NPC相关的疾病突变中，已发现95％的1,278aa膜蛋白NPC1是在晚期内体/溶酶体（LE / Ly）中起作用和5％是NPC2（一种单域腔蛋白）。两种蛋白协同作用以调节LE / Ly内吞胆固醇的释放，这两种蛋白的功能丧失都可能导致局部胆固醇的积累。在溶血双磷脂酸（LBPA）的促进下，NPC2从LE / Ly区室的腔内囊泡吸收胆固醇。然后，蛋白质将胆固醇输送到NPC1，以进行下游跨膜运输。

文章模式图（图源自Cell ）

各种报告已将NPC1链接到病毒的入口点。埃博拉病毒刺突糖蛋白（GP）到达LE / Ly后与NPC1特异性结合，触发下游细胞感染。还发现人类免疫缺陷病毒1型（HIV-1）依赖于NPC1介导的细胞内胆固醇运输途径。因此，对NPC1 / NPC2介导的溶酶体胆固醇转运的结构阐明不仅将为NPC疾病治疗奠定基础，而且还将阐明内源性和外源性货物的细胞内运输。

NPC1包含3个腔结构域-氨基末端结构域（NTD），结构域C（也称为中间腔结构域[MLD]）和结构域I（也称为CTD）以及13个跨膜（TM）通道。其中，已经证明了NTD，并且已经提出跨膜固醇感测域（SSD）与胆固醇或固醇类似物结合 。NPC2的晶体结构表明胆固醇的碳氢化合物尾部插入结合口袋的深处，仅将羟基暴露于溶酶体腔中。从某种意义上说，胆固醇被“溶解”以移交给NPC1（NTD），后者结合了来自羟基的胆固醇，这种结合方式与NPC2互补。

已经提出了一种“疏水交接”模型，其中NPC2可能与NPC1（NTD）结合以传递胆固醇。体外和体内测定的令人信服的证据激发了许多计算机模拟NPC2-NPC1（NTD）的尝试。然而，由于几乎无法检测到结合亲和力，因此两者的碰撞频率升高必须依赖于其他参与者。结构域C显示在酸性pH下结合NPC2。低pH也促进胆固醇与NPC2的结合以及随后的胆固醇递送，这与溶酶体腔的酸性环境一致。

以往的观察表明，NPC2锚定在结构域C上，然后通过疏水性界面将胆固醇转移至NTD。但是，尚未捕获此传输过程的结构。关于NPC1中胆固醇的后续途径也提出了疑问。NPC1中是否有内部隧道，如相关信号蛋白Patched1（Ptch1）或其酵母对应物NCR1中的隧道还是NTD穿过糖萼层将胆固醇传递到膜上？ 为了解决这些问题，该研究对人类NPC1以及NPC1和NPC2之间的相互作用进行了系统的结构表征。 该研究结果还揭示了NPC1介导的胆固醇释放过程中低pH要求的分子基础。

参考消息：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(20)30615-2