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脑海绵状血管瘤(CCM)是一种常见的人类中枢神经系统血管畸形,可导致多种神经性损伤,引起患者出血性中风、癫痫等症状。人类遗传学研究表明,CCM的发生与三种基因(ccm1-3)的突变相关,其编码的蛋白分别是CCM1(Krit1)、CCM2(OSM)、CCM3(PDCD10)。大量生化实验证实,这三种基因编码的CCM蛋白均为衔接蛋白,可与多种配体相互作用,调节内皮细胞形态发生及维持血管的稳定性。因此,CCM蛋白结构和CCM蛋白参与形成的复合物三维立体结构的解析,对于解释CCM蛋白与其靶蛋白的作用方式,解释其功能以及揭示CCM致病机理提供了重要基础。
迄今为止,CCM2蛋白没有任何已报道的同源结构,它包含两个独立的结构域,N端的PTB-Domain和称为Karat-Domain(死亡结构域)的C端结构域,其C端在进一步传递细胞信号的通路中是必需的。本论文详细报道了CCM2蛋白(MGC4607)C端结构域CCM2-Ct(残基290-444)2.7(A)分辨率的晶体结构。结果显示,CCM2-Ct形成一个六α螺旋束的结构,其中α1-α5串联形成一个大片段,孤立的α6形成小片段。四个螺旋反向平行通过疏水残基的作用形成一个疏水核以稳定结构。四螺旋束的两侧的螺旋发卡开口处各结合一个螺旋至其疏水沟中,其中,孤立螺旋与5α螺旋的连接---一段长且柔性的loop(残基378-423)通过天然降解的方式断裂。通过与PDB库中类似结构的蛋白复合物比对,我们提出假说:CCM2蛋白可通过结合自身螺旋或者外源螺旋,与其靶蛋白相互作用,从而进一步发挥其衔接蛋白的功能。
鉴于此,我们构建了不包含自身螺旋的截短体CCM2-Ct1(残基290-377),并解析了其1.9(A)分辨率的晶体结构。其后通过生化试验,探究CCM2蛋白C端结构域与其靶蛋白CCM3、RhoA、MEKK3的结合机制,在此基础上,捕捉到了CCM2蛋白C端结构域和MEKK3N端多肽及N端结构域的体外相互作用。进一步解析了CCM2蛋白C端结构域和MEKK3N端多肽复合物的2.1(A)晶体结构。体外实验结果显示,CCM2-Ct和CCM2-Ct1皆可与MEKK3N端多肽及MEKK3N端结构域相结合,且MEKK3N端多肽在复合物中所处的位置正是CCM2-Ct分子内孤立螺旋的位置,CCM2蛋白与MEKK3N端的结合能力较其与自身螺旋的作用力更强。
上述研究证明CCM2蛋白可通过其C端结构域与靶蛋白MEKK3相结合,印证了此前提出的假说,此结果为揭示CCM2蛋白作为衔接蛋白在信号通路中所起的作用提供了重要的理论依据。