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    赵岩组/张凯组合作揭示关键药物靶点NHE1-CHP1复合物的调控以及小分子抑制机制

      

      2021年6月9日,中国科学院生物物理研究所赵岩课题组、张凯课题组和加拿大McGill University的John Orlowski课题组在《Nature Communications》上合作发表题为"Structure and mechanism of the human NHE1-CHP1 complex"的研究论文。该研究揭示了人源NHE1-CHP1复合物的结构、介导胞内外离子交换的的构象转换机制、小分子药物Cariporide抑制转运活性的分子机理,以及CHP1对NHE1活性的调控方式。

      NHE(Na+/H+ Exchangers)是一类广泛存在于原核和真核细胞中的转运蛋白家族。NHE家族介导了细胞膜两侧钠离子和质子的交换,在调控细胞体积和胞质pH等方面发挥了重要作用。NHE1定位在质膜上,在人体细胞中普遍表达,是NHE家族在真核生物中被第一个鉴定的成员。人体中,NHE1的过度激活与心肌缺血后再灌注损伤和癌细胞转移等一系列病理活动有关。CHP1(Calcineurin B homologous protein 1)是NHE1的辅助亚基,在人体中同样广泛表达。CHP1与NHE1直接结合并显著增强了其转运活性,对NHE1正常发挥生理功能有重要作用。

      研究人员利用冷冻电镜单颗粒技术,成功解析了人源NHE1-CHP1复合物在pH7.5条件下、pH6.5条件下的内向构象和pH7.5条件下小分子药物Cariporide结合外向构象的高分辨率结构。人源NHE1呈现同源二聚体形式,单体包含13个跨膜螺旋,可被划分为二聚化结构域(TM1-3,7-10)和核心结构域(TM4-6,11-13)。二聚化结构域和核心结构域的相对运动,介导了膜两侧钠离子和质子的交换。CHP1与NHE1的C端两亲性螺旋HC1结合,并在NHE1的内向和外向构象之间呈现不同的结合角度。小分子药物Cariporide与底物钠离子竞争性结合在NHE1靠近胞外侧的底物结合口袋中,并且阻滞了结构域间的相对运动,从而抑制了NHE1-CHP1复合物的转运活性。

      中国科学院生物物理所赵岩研究员、张凯研究员和加拿大McGill University的John Orlowski教授是本研究的共同通讯作者。博士研究生董艳丽和高逸伟为本文的共同第一作者。该研究获得中国科学院战略性先导科技专项(B类)、国家自然科学基金和加拿大创新基金会(Canadian Foundation for Innovation)的经费支持。

    图1. NHE1-CHP1复合物的整体结构

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