鐵調素結合鐵轉運蛋白的結構揭示鐵穩態機制

2020-12-11 科學網

鐵調素結合鐵轉運蛋白的結構揭示鐵穩態機制

作者:

小柯機器人

發布時間:2020/8/21 19:25:51

美國加州大學舊金山分校Aashish Manglik、程亦凡等研究人員合作利用鐵調素結合鐵轉運蛋白的結構揭示出鐵穩態機制。相關論文於2020年8月19日在線發表於《自然》。

研究人員解析了脂質納米圓盤中鐵轉運蛋白的冷凍電鏡(cryo-EM)結構,包括載脂蛋白狀態以及與鈷、鐵模擬物和鐵調素的複合物。這些結構和伴隨的分子動力學模擬確定了鐵轉運蛋白的N-和C-域內的兩個金屬結合位點。鐵調素以向外開放的構型結合鐵轉運蛋白,並完全阻塞鐵外排途徑以抑制轉運。鐵調素的羧基末端直接與鐵轉運蛋白C結構域中的二價金屬接觸。

研究人員進一步表明,鐵調素結合至鐵轉運蛋白與鐵結合耦合,並且在鐵存在下鐵調素親和力增加80倍。這些結果提出了鐵轉運蛋白的鐵調素調節模型,其中僅鐵負載的鐵轉運蛋白分子被靶向降解。更廣泛地講,研究人員在結構和功能上的了解很可能使鐵穩態中的鐵調素-鐵轉運蛋白軸更具針對性。

據介紹,人體內血清鐵水平受鐵調素鐵外轉運蛋白鐵轉運蛋白的作用的嚴格控制。鐵調素通過誘導鐵轉運蛋白內吞和降解來調節鐵的吸收和再循環。鐵轉運蛋白的異常活動可導致鐵超負荷疾病,例如血色素沉著病或鐵限制性貧血。

附:英文原文

Title: Structure of hepcidin-bound ferroportin reveals iron homeostatic mechanisms

Author: Christian B. Billesblle, Caleigh M. Azumaya, Rachael C. Kretsch, Alexander S. Powers, Shane Gonen, Simon Schneider, Tara Arvedson, Ron O. Dror, Yifan Cheng, Aashish Manglik

Issue&Volume: 2020-08-19

Abstract: The serum iron level in humans is tightly controlled by the action of the hormone hepcidin on the iron efflux transporter ferroportin. Hepcidin regulates iron absorption and recycling by inducing ferroportin internalization and degradation1. Aberrant ferroportin activity can lead to diseases of iron overload, such as hemochromatosis, or iron limitation anemias2. Here, we determined cryogenic electron microscopy (cryo-EM) structures of ferroportin in lipid nanodiscs, both in the apo state and in complex with cobalt, an iron mimetic, and hepcidin. These structures and accompanying molecular dynamics simulations identify two metal binding sites within the N- and C-domains of ferroportin. Hepcidin binds ferroportin in an outward-open conformation and completely occludes the iron efflux pathway to inhibit transport. The carboxy-terminus of hepcidin directly contacts the divalent metal in the ferroportin C-domain. We further show that hepcidin binding to ferroportin is coupled to iron binding, with an 80-fold increase in hepcidin affinity in the presence of iron. These results suggest a model for hepcidin regulation of ferroportin, where only iron loaded ferroportin molecules are targeted for degradation. More broadly, our structural and functional insights are likely to enable more targeted manipulation of the hepcidin-ferroportin axis in disorders of iron homeostasis.

DOI: 10.1038/s41586-020-2668-z

Source: https://www.nature.com/articles/s41586-020-2668-z

相關焦點

  • 樹突狀細胞來源的鐵調素通過螯合微生物群中的鐵促進黏膜癒合
    樹突狀細胞來源的鐵調素通過螯合微生物群中的鐵促進黏膜癒合 作者:小柯機器人 發布時間:2020/4/11 13:46:02 樹突狀細胞來源的鐵調素可以螯合微生物群中的鐵以促進黏膜癒合,這一成果由美國康奈爾大學Gregory F
  • 科學家揭示線粒體鈣離子單向轉運蛋白MCU的結構機制
    科學家揭示線粒體鈣離子單向轉運蛋白MCU的結構機制 來源:上海生命科學研究院   發布者:張薦轅   日期:2016-05-06   今日/總瀏覽:1/3267
  • Nature:從結構上揭示FACT蛋白操縱核小體機制
    FACT(Facilitates Chromatin Transcription)蛋白是一類至關重要的組蛋白伴侶(histone chaperone)。將基因組DNA組裝成核小體深刻地影響了真核生物中所有DNA相關過程。FACT蛋白由亞基SPT16和SSRP11組成,促進基因轉錄、DNA複製和DNA損傷修復過程中的核小體解構和重建。然而,迄今為止,FACT導致這些相反作用的機制是未知的。
  • 鐵調素Hepcidin藥物研究現狀和應用前景
    然而,長期的跟蹤調查顯示,採用鐵螯合劑或放血療法治療鐵過載疾病並不能解決根本問題,而且副作用很大[4]。因此,尋找和開發治療鐵過載疾病的有效新藥,是一項刻不容緩的任務。2001年,兩個著名實驗室[5,6]同時發現了鐵調素(Hepcidin,Hepc),目前被認為是人們長久以來尋找的一種負性鐵調節激素,控制著機體的鐵穩態。
  • 研究揭示豬膽酸改善葡萄糖穩態的機制
    研究揭示豬膽酸改善葡萄糖穩態的機制 作者:小柯機器人 發布時間:2020/12/19 16:18:16 上海交通大學Wei Jia等研究人員合作發現,豬膽酸通過不同的TGR5和FXR信號機制來改善葡萄糖穩態。
  • 研究揭示FADD和Caspase-8調節腸道穩態和炎症的機制
    研究揭示FADD和Caspase-8調節腸道穩態和炎症的機制 作者:小柯機器人 發布時間:2020/5/2 13:31:13 近日,德國科隆大學Manolis Pasparakis研究團隊發現
  • 調控PD-1蛋白水平穩態的新機制
    今年10月,北京大學基礎醫學院王嘉東教授、王巍教授團隊和北京大學人民醫院申佔龍教授團隊聯合在著名SCI期刊PNAS上發表了題為「KLHL22 maintains PD-1 homeostasis and prevents excessive T cell suppression」的文章[2],揭示了一種可在翻譯後水平上調控PD-1蛋白穩態的相關蛋白
  • 生命學院王一國團隊揭示嗅覺受體調控糖代謝穩態的重要機制
    生命學院王一國團隊揭示嗅覺受體調控糖代謝穩態的重要機制清華新聞網6月26日電 6月20日,清華大學生命學院王一國課題組在國際著名期刊《細胞代謝》(Cell Metabolism)上發表了題為《OLFR734作為Asprosin的受體調控葡萄糖代謝》(OLFR734 Mediates Glucose
  • Science:我國科學家從結構上揭示人胰高血糖素受體的G蛋白特異性...
    但是,確定單個GPCR如何識別不同G蛋白亞型的分子細節仍然難以捉摸,因此限制了對GPCR信號轉導機制的理解。在一項新的研究中,來自中國科學院上海藥物研究所、復旦大學和上海科技大學等研究機構的研究人員利用低溫電鏡(cryo-EM)技術解析出人胰高血糖素受體(GCGR)與它的同源激動劑和不同類型的G蛋白(Gs或Gi)結合在一起時的三維結構。
  • Nature:揭示SARS-CoV-2刺突蛋白結合人ACE2受體的結構機制
    2020年9月21日訊/生物谷BIOON/---在一項新的研究中,來自英國弗朗西斯-克裡克研究所的研究人員發現位於SARS-CoV-2冠狀病毒表面上的刺突蛋白(S蛋白)與人類病毒受體ACE2接觸時,可以採取至少十種不同的結構狀態。這種對感染機制的新見解為開發疫苗和治療方法奠定基礎。
  • 研究揭示SNARE複合體重要結構機制
    NSF寡聚體與底物SNARE複合體相互作用的重要結構信息,提供了動力傳遞的可能機制。NSF蛋白通過接頭蛋白α-SNAP結合SNARE複合體形成20S複合體,並水解ATP提供能量將SNARE複合體解開。NSF屬於AAA+蛋白家族,以六聚體的形式發揮功能。對NSF和20S複合體的結構及組裝機制的研究是揭示囊泡運輸得以循環的關鍵問題。 囊泡運輸是真核細胞的基本生理活動之一,與許多重要疾病相關。該過程的最後一步是囊泡和靶膜的融合。
  • 中國科大合作揭示SETD3蛋白的結構與功能
    原標題:中國科大合作揭示SETD3蛋白的結構與功能SETD3是SET結構域超家族成員,其過表達與癌症的惡行化密切相關,在以往報導中被認為可以作為賴氨酸甲基化酶而發揮功能。
  • 中國科學家揭示抗凍蛋白對冰晶成核的分子機制
    中科院化學所綠色印刷院重點實驗室研究員王健君與中科院上海應物所副研究員王春雷、研究員方海平和新疆大學教授馬紀合作,揭示了抗凍蛋白的不同面對冰核形成分子層面的機制。這一結果發表在近日出版的《美國科學院院報》(PNAS)上。
  • 從結構上揭示基因特異性轉錄激活蛋白工作機制
    他們也證實這種轉錄激活蛋白如何協助RNA聚合酶在基因前面的特異性位點上結合到DNA雙螺旋上,以及這種轉錄激活蛋白如何協助RNA聚合酶讓DNA雙螺旋解旋從而啟動基因轉錄。研究人員證實這種轉錄激活蛋白的功能就是它結合到靶基因前面的特異性DNA序列上,並與RNA聚合酶之間發生粘附的類似尼龍搭扣(Velcro-like)的相互作用,這種相互作用讓RNA聚合酶與附近的DNA序列的接觸穩定化。
  • Cell:從結構上揭示精子在受精開始時識別卵子外殼蛋白機制
    2017年6月18日/生物谷BIOON/---在一項新的研究中,來自瑞典卡羅琳斯卡研究所的研究人員首次獲得一種精子蛋白在受精開始時結合到一種對應的卵子外殼蛋白上的三維結構圖。這項研究揭示出一種相同的參與與軟體動物和哺乳動物中的精子之間的相互作用的卵子蛋白結構。
  • 心衰合併鐵缺乏,臨床診治十問十答
    主要原因有三個方面: (1)缺攝入不足:厭食致鐵攝入減少,腸道水腫或鐵調素上調致鐵吸收障礙; (2)鐵丟失過多:抗血小板/抗凝藥物或惡性腫瘤性疾病可導致胃腸道出血; (3)鐵利用障礙:心衰時鐵調素表達上調是主要機制。
  • 研究揭示真核生物磷脂酶D的結構與機制
    該研究解析了植物磷脂酶Dα1及其與產物磷脂酸(PA)複合體的晶體結構,詳細闡釋了真核生物磷脂酶D催化磷脂產生磷脂酸及其活性調節的分子機制。磷脂酶(Phospholipase, PL)催化細胞膜上磷脂的水解。根據水解部分的不同,人們將磷脂酶分成磷脂酶A1、A2、C和磷脂酶D (PLD)(圖1)。
  • 上海有機所揭示肌球蛋白分子馬達Myosin VI結合Tom1
    在自噬過程中,Myosin VI可以通過結合內吞體相關蛋白Tom1以及自噬受體蛋白TAX1BP1、NDP52和Optineurin,介導內吞體和自噬體的融合,並促進自噬體的成熟。然而,由於缺乏詳細的機制研究,Myosin VI如何精準地識別Tom1,兩者的結合模式又是怎樣?Myosin VI是怎樣通過與Tom1以及自噬受體蛋白的結合從而促進自噬體和內吞體的融合?這些問題目前尚不清楚。
  • 美國FDA授予注射鐵調素模擬物PTG-300治療β-地中海...
    隨著時間推移,輸血會導致人體內鐵含量過高從而達到毒性水平並因此導致肝臟、心臟等重要器官的晚期損傷。鐵調素(hepcidin)是一種天然肽類激素,是控制人體鐵吸收、循環和再利用的主要調節激素。鐵在人體的各種身體功能尤其是造血中發揮著至關重要的作用,但過多的鐵具有毒性並會隨時間推移而造成器官損傷。
  • 我國科學家揭示鋅指抗病毒蛋白ZAP識別RNA的分子機制
    鋅指抗病毒蛋白(Zinc-finger Antiviral protein,ZAP)是一種由宿主編碼的重要抗病毒因子,ZAP特異能夠抑制包括小鼠白血病病毒、愛滋病病毒、伊波拉病毒等在內的多種病毒複製。ZAP特異結合病毒的靶RNA序列,幹擾靶mRNA的翻譯起始。而ZAP識別RNA的序列特徵和作用分子機制一直是亟待解決的科學問題。我國科學家對不同ZAP蛋白的截短體和不同序列、不同長度的富含胞嘧啶和鳥嘌呤(CG)二核苷酸的單鏈RNA複合物進行晶體篩選,最終得到了解析度為2.19?的ZAP蛋白N端結構域(NZAP)與6-nt(CGUCGU)單鏈RNA複合物的晶體結構。