2020年5月14日，普林斯頓大學(xué)顏寧團隊在Nature背靠背在線發(fā)表了兩篇結(jié)構(gòu)解析的研究論文。

題為“Structural basis for catalysis and substrate specificity of human ACAT1”的文章首次解析了分辨率為3.0?和3.1 ?人源ACAT1的同源二聚體以及四聚體結(jié)構(gòu)，并結(jié)合相關(guān)活性實驗，確定了酰基輔酶A（acyl-CoA）在ACAT1上的結(jié)合位點以及底物識別的機理。

題為“Structure and mechanism of human diacylglycerol?O-acyltransferase?1”的研究工作利用單顆粒冷凍電鏡技術(shù)，首次解析了分辨率為3.1?人源DGAT1的同源二聚體結(jié)構(gòu)，并結(jié)合酶活性實驗，確定了酰基輔酶A（acyl-CoA）在DGAT1上的結(jié)合位點。

兩篇文章在線發(fā)表后，顏寧第一時間在微博上發(fā)表感言：“19年是兩篇Science背靠背，今年…兩篇Nature背靠背，…爭取Cell背靠背”，并且調(diào)侃“這兩篇主要是為了測試普林的電鏡平臺”。小編只能弱弱地說一句：大佬真會玩兒！orz

接下來，讓我們一起看下這兩個研究的具體內(nèi)容。

Structural basis for catalysis and substrate specificity of human ACAT1

作為膜結(jié)合O-酰基轉(zhuǎn)移酶（MBOAT）酶家族的成員，酰基輔酶A：膽固醇酰基轉(zhuǎn)移酶（ACAT）催化酰基從酰基輔酶A到膽固醇的轉(zhuǎn)移，生成膽固醇酯，其主要形式為膽固醇儲存在細胞中并在血漿中運輸。ACAT作為治療動脈粥樣硬化，阿爾茨海默氏病和癌癥等疾病的潛在藥物靶點已經(jīng)引起了人們的關(guān)注。

為此，普林斯頓大學(xué)顏寧教授、錢洪武博士等人介紹人類ACAT1同源二聚體的低溫電子顯微鏡結(jié)構(gòu)。每個啟動子都由九個跨膜段組成，這些段包圍了一個胞質(zhì)通道和一個在預(yù)計的催化位點會聚的跨膜通道。結(jié)構(gòu)指導(dǎo)的突變分析證據(jù)表明，酰基輔酶A通過細胞質(zhì)通道進入活性位點，而膽固醇可能從側(cè)面通過跨膜通道進入。這種結(jié)構(gòu)和生化特征有助于合理化ACAT1對不飽和酰基鏈的偏好，并提供對MBOAT家族中酶催化機制的見解。

同源二聚體的人源ACAT1 Cryo-EM結(jié)構(gòu)

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-020-2295-8

無獨有偶，德克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心Xiaochun Li在Nature上同期發(fā)表了題為”Structure of nevanimibe-bound tetrameric human ACAT1“研究論文，其研究結(jié)果與顏寧團隊的相似。

該研究報告了與nevanimibe配合使用的人源ACAT1的冷凍電子顯微鏡結(jié)構(gòu)，nevanimibe是一種抑制劑，正在臨床試驗中用于治療先天性腎上腺皮質(zhì)增生。ACAT1全酶是由兩個同二聚體組成的四聚體。每個單體包含9個跨膜螺旋（TMs），其中6個（TM4-TM9）形成一個腔，可容納nevanimibe和內(nèi)源性酰基輔酶A。該腔還包含一個組氨酸，該組氨酸先前已被確定對催化活性至關(guān)重要。結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和生化分析提供了一個物理模型來解釋膽固醇酯化的過程，以及nevanimibe和ACAT1之間相互作用的詳細信息，這可能有助于加速開發(fā)ACAT1抑制劑來治療相關(guān)疾病。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-020-2295-8

Structure and mechanism of human diacylglycerol?O-acyltransferase?1

二酰基甘油O-酰基轉(zhuǎn)移酶1（DGAT1）合成三酰基甘油酯，是人類脂肪吸收和脂肪存儲所必需的。DGAT1屬于膜結(jié)合??-acyltransferase（MBOAT）超家族，其存在于所有生命的王國中，并參與脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的酰化構(gòu)件。尚不清楚人類DGAT1和MBOAT家族的其他哺乳動物如何識別其底物并催化其反應(yīng)。缺乏三維結(jié)構(gòu)也妨礙了出于治療目的合理靶向DGAT1。

有鑒于此，貝勒醫(yī)學(xué)院周鳴教授和普林斯頓大學(xué)顏寧教授等人介紹與油酰輔酶A底物復(fù)合的人源DGAT1的。每個DGAT1啟動子都有9個跨膜螺旋，其中8個形成保守的結(jié)構(gòu)折疊，將其命名為MBOAT折疊。DGAT1中的MBOAT折疊在膜中形成一個中空腔室，該腔室包圍著高度保守的催化殘留物。該腔室有兩個底物，脂肪酰基輔酶A和二酰基甘油的單獨入口。DGAT1可以同型二聚體或同型四聚體形式存在，兩種形式具有相似的酶活性。DGAT1的N末端與鄰近的protomer相互作用，而這些相互作用是酶促活性所必需的。

人源DGAT1的結(jié)構(gòu)

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-020-2280-2

同日，哈佛大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院和哈佛醫(yī)學(xué)院多個團隊在Nature?發(fā)表了類似的研究論文，題為“Structure and catalytic mechanism of a human triacylglycerol-synthesis enzyme”。

該研究通過冷凍電子顯微鏡以約3.0?的分辨率分析了二聚體DGAT1的結(jié)構(gòu)。DGAT1通過N末端片段和疏水界面形成同型二聚體，在膜區(qū)域內(nèi)具有假定的活性位點。用油酰基-CoA底物在約3.2?分辨得到的結(jié)構(gòu)表明，CoA部分與DGAT1結(jié)合在胞質(zhì)側(cè)，酰基深處在疏水通道內(nèi)，將酰基-CoA硫酯鍵定位在不變的催化組氨酸殘基附近。反應(yīng)中心位于一個大腔體內(nèi)部，該腔體橫向向膜雙層敞開，使脂質(zhì)能夠進入活性部位。類脂密度位于反應(yīng)中心，與酰基輔酶A正交。DGAT1結(jié)構(gòu)的理解以及誘變和功能研究，為DGAT催化三酰甘油合成的模型提供了基礎(chǔ)。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-020-2289-6

最后，期待顏寧團隊的Cell背靠背，2333…