生化细胞所研究揭示IDH1癌症相关突变体R132H的作用机制

2010-11-10 15:31 来源: 中国科学院
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生化细胞所研究揭示人源胞浆IDH1癌症相关突变体R132H的作用机制

  11月,Cell Research杂志发表了中科院上海生命科学研究院生化与细胞所丁建平组关于异柠檬酸脱氢酶(IDH)的最新研究成果。自2004年以来,丁建平组围绕IDH的底物特异性识别机制、催化机理、以及活性调节机制已经发表了一系列文章。最新进展揭示了人源胞浆NADP依赖型异柠檬酸脱氢酶IDH1的癌症相关突变体R132H活性“开关”的分子机制,对相关药物的设计研发具有一定的指导意义。该论文得到审稿专家和编辑的高度赞赏,被评选为该期杂志的亮点和封面文章。

  最近的研究结果表明,IDH1在Arg132位点的突变与多种癌症的发生密切相关,而R132H是最常见的一种突变体。当Arg132发生突变后,IDH1催化异柠檬酸氧化脱羧生成αKG的能力大大下降,但却同时获得了将αKG还原成2HG的新功能。丁建平组博士生杨贝等解析了IDH1的同源二聚R132H突变体(IDH1H/H)和异源二聚R132H突变体(IDH1R/H) 在不同底物结合状态的晶体结构。通过对结构的分析和比较,结合点突变、酶促动力学和等温滴定量热等实验,发现了IDH1中一个从未报道过的ICT初始结合位点,并提出在催化过程中,异柠檬酸先结合在初始结合位点,促使重要的结构片段从无规则卷曲状态回复形成有序的α-螺旋,继而通过与相关氨基酸 (Arg132等)的相互作用、拉动酶的大结构域向小结构域靠拢,使IDH1从开放的非活性状态转化成闭合的活性状态。Arg132的突变使该过程严重受阻,因而导致IDH1催化异柠檬酸氧化脱羧生成αKG的能力大大下降。另一方面,综合结构研究和生化实验结果,推测Arg132的突变造成活性中心 Tyr139的位移,使得处于新位置的Tyr139可以通过稳定αKG 的C2原子上的负电荷而有助于氢负离子从NADPH向αKG的转移,催化αKG还原成2HG。

  以上研究结果不仅对Arg132在ICT结合所引发的构象变化中的作用机制提出了新的见解,同时也阐明了Arg132在癌症发生过程中的活性“开关”的分子机制。

  该项工作得到了国家科技部、国家自然科学基金委、中科院的经费支持。