来自美国能源部(DOE)劳伦斯伯克利国家实验室(Berkeley Lab)的研究人员发现了新证据,解释胆固醇酯转移蛋白(CETP)如何介导胆固醇从“好”的高密度脂蛋白(HDLs)向“坏”的低密度脂蛋白((LDLs)转移。这些发现为开发出用于心脏病预防的更安全、更有效的新一代CETP抑制剂指明了道路。
领导这一研究的是伯克利实验室分子铸造、DOE纳米科学研究中心材料物理学家和电子显微镜专家任罡(Gang Ren)。其早年就读于中国兰州大学物理系,1993年进入北京科技大学材料物理与化学系攻读博士学位,在郭可信院士指导下从事电子显微镜博士学位论文工作。1997年赴美国加州圣地亚哥的斯克里普斯(Scripps)研究所细胞生物学研究室从事AQP1水通道膜蛋白的电子晶体学研究。曾率先报道了AQP1水通道膜蛋白的高分辨率三维结构。
在这篇文章中,任罡领导研究人员首次获得了CETP与HDLs和LDLs互作的结构图像。图像和结构分析的结果支持了科学家们此前的提出的假说:胆固醇经由贯穿CETP分子中心的一条通道,从HDLs转移到了LDLs。
任罡说:“我们的图像显示CETP是一种香蕉形不对称的小分子(53KD),包含一个锥形的N-末端结构域和一个球形的C-末端结构域。我们发现CETP的N-末端贯穿HDL,它的C-末端与LDL相互作用形成一个三元复合物。结果分析结果使我们猜想:这种互作可能产生了能扭曲末端的分子间力,导致CETP两末端生成孔隙。这些孔隙与CETP的中央腔连接形成了一个孔道,成为了胆固醇从HDL移动的通道。”
任罡将这些研究结果以“Structure basis of transfer between lipoproteins by cholesteryl ester transfer protein”为题发表在《自然化学生物学》(Nature Chemical Biology)杂志上。该论文的共同作者还包括Lei Zhang, Feng Yan, Shengli Zhang, Dongsheng Lei, M. Arthur Charles, Giorgio Cavigiolio, Michael Oda, Ronald Krauss, Karl Weisgraber, Kerry-Anne Rye, Henry Powna 和 Xiayang Qiu。
心血管疾病或心脏病,其中主要是动脉粥样硬化,仍是美国和全世界第一位的死亡原因。人类血液中LDL胆固醇水平增高,HDL胆固醇水平降低是导致心脏病的主要风险因子。因为CETP的活性能够降低HDL胆固醇的浓度,CETP缺乏与HDL胆固醇水平增高密切相关。CETP抑制剂已成为了治疗心脏病的极热门的药物靶点。然而,尽管科学家们对于CETP的临床应用抱有强烈的兴趣,然而目前对于CETP介导的胆固醇在脂蛋白间的转移分子机制,甚至CETP与脂蛋白的互作和结合机制均知之甚少。
任罡说:“利用常规的结构成像方法来研究CETP的机制是非常困难的,这是因为与CETP互作可以改变脂蛋白尤其是HDL的大小、形状和成分。我们能取得成功是因为我们利用了优化的负染色(negative-staining)电镜技术,使得我们能够瞬间固定(flash-fix,生物通译)结构,并能在不同条件下对超过300种样品进行高效筛选。”
任罡和他的同事们利用优化的负染色电镜技术获得了CETP与球形HDL和LDL颗粒互作的图像。通过图像处理重建了CETP和CETP结合HDL的三维结构。采用分子动态模拟测定了CETP的分子迁移率,预测了与胆固醇转移相关的变化。利用CETP抗体鉴别了CEPT的互作区域,通过抑制CETP验证了胆固醇转移模型。该模型为未来开发CETP抑制剂提供了新靶标。
任罡说:“我们的模型鉴别了CETP与HDL和LDL的互作接口,描述了胆固醇发生转移的机制。这朝设计出治疗心血管疾病的新一代CETP抑制剂迈出了重要的一步。”
来源:生物通