中科大施蕴渝院士JBC发表新成果
6月15日，国际学术期刊《Journal of Biological Chemistry》在线刊登了中国科技大学的一项研究成果，题为“Structural Basis for the Specific Recognition of RhoA by the Dual GTPase-activating Protein ARAP3”，这项研究解析了RhoA蛋白的晶体结构。中国科技大学生命科学学院的施蕴渝院士和吴季辉教授，是本文共同通讯作者。延伸阅读：中科大施蕴渝院士解析重要蛋白结构；中国科技大学Cell子刊发表RNA研究新成果；中科大院士JBC解析重要蛋白复合体结构。
在人类中，小的GTP酶Ras超家族是由至少154个成员组成，被分成五个主要家族：Ras、Rho、Rab、Arf和Ran家族。这些蛋白质作为分子开关，在一种不活跃的GDP结合形式和一种活跃的GTP结合形式之间循环，将来自质膜受体的信号转换成下游信号分子。
这些小的GTP酶通常有较低的GTP酶水解活性，并且高效的水解需要与家族特异性的GAPs（GTP酶激活蛋白，可通过几个数量级加快裂解步骤）相互作用。Arf6是一个Arf家族成员，参与内吞途径、核内体再循环、细胞迁移、胞外分泌、肌动蛋白重组、质膜重组和胞质分裂。RhoA属于Rho家族，主要通过诱导细胞中的应力纤维调节细胞的形状、极性和运动性。此外，Arf6在癌细胞入侵中发挥一定的作用，RhoA调节着癌细胞的形态和迁移。
ARAP3——一个多域蛋白，属于ARAP超家族蛋白，并包含功能性的ArfGAP和RhoGAP结构域，一个SAM结构域和一个RA结构域。在筛选PtdIns P3 结合蛋白的过程中，ARAP3最初被认定为一个PI3K效应物。ARAP蛋白是在不同水平上被调控的。据证明，ARAP3的ArfGAP活性是由磷酸肌醇PtdIns P3和PtdIns P2诱导的，而它的RhoGAP活性在体外是不受影响的。此外，ARAP3的RhoGAP是通过Rap1-GTP与RA结构域的直接结合而上调的。
ARAP3是独一无二的，因为它的两个不同的功能性GAPs：ArfGAP和RhoGAP，它们分别特异性地作用于Arf6和RhoA。这个特性很可能提供了一种有效的方式来协调这两个信号过程。然而，ARAP3对Rho和Arf GTP酶的特异性的根本机制，尚未得以彻底的表征。
在这项研究中，研究人员集中在ARAP3中RhoGAP的结构和功能。众所周知，ARAP3通过其RhoGAP 活性，调节着许多细胞功能，例如生长因子刺激后的板状伪足形成、PI3K信号通路中血管生成的发育、胃癌细胞腹膜传播的抑制。
Rap1-GTP可以上调ARAP3的RhoGAP活性，因此ARAP3在下游Rap1-GTP细胞过程中的作用，是RhoGAP依赖性的。在中性粒细胞中，ARAP3可调节趋药性和粘附依赖性过程。在巨噬细胞中，在长期的TGF-β1处理之后，ARAP3可抑制趋化因子的产生，并减缓细胞迁移。ARAP3介导来自PC12细胞的突起生长，以响应碱性成纤维细胞生长因子、神经生长因子和cAMP的处理，它们都上调PC12细胞中的Rap1-GTP水平。然而，ARAP3-RhoGAP/RhoA相互作用的本质，仍然是未知的。
为了确定ARAP3-RhoGAP结构域的结构和功能，该研究小组解析了RhoGAP结构域的X射线晶体结构，以及复杂的RhoA/RhoGAP结构域的晶体结构。通过分析这些晶体结构，结合GTP酶活性检测和ITC（等温滴定量热法）实验，研究人员确定了影响RhoGAP活性和底物特异性的重要残基。另外，研究人员绘制了RhoA和ARAP3-RhoGAP结构域之间的界面。利用复杂的结构作为指导，研究人员进行了定点诱变，以分析界面残基在络合物形成和GTP水解中的作用。
