同期兩篇Nature,顏寧組揭示人源DGAT1和ACAT1三維結構及催化機制

2020-12-06 中國生物技術網

5月13日，顏寧團隊在Nature同期發表兩篇研究論文，分別解析了人源ACAT1同源二聚體及四聚體結構，及人源DGAT1同源二聚體結構。

一、論文題目：Structural basis for catalysis and substrate specificity of human ACAT1

該研究首次解析了解析度為3.0和3.1 人源ACAT1的同源二聚體以及四聚體結構，並結合相關活性實驗，確定了醯基輔酶A（acyl-CoA）在ACAT1上的結合位點以及底物識別的機理。

膽固醇是哺乳動物細胞膜中的重要組分部分，佔細胞膜脂質的50%，相比之下它只佔內質網脂質的5%。ACAT1醯基轉移酶（酯醯輔酶A:膽固醇醯基轉移酶，Acyl-CoA: cholesterol Acyltransferase）將長鏈脂肪酸轉移到膽固醇從而通過酯化作用形成膽固醇酯，並結合成胞質脂滴。

在膽固醇超載的條件下，ACAT1維持內質網的低膽固醇濃度，在膽固醇穩態中發揮重要作用。同時，研究表明ACAT1與老年痴呆症、動脈粥樣硬化和癌症的發生有關。但是截至目前，還沒有對ACAT1結構的相關報導。

總的來說，該研究首次解析了解析度為3.0和3.1 人源ACAT1的同源二聚體以及四聚體結構，確定了醯基輔酶A（acyl-CoA）在ACAT1上的結合位點以及底物識別的機理。這種結構和生化特徵有助於合理化ACAT1對不飽和醯基鏈的偏好，並提供對MBOAT家族內酶催化機制的深入了解。

本文第一作者為普林斯頓大學錢洪武博士，北大-清華生命科學聯合中心Xin Zhao、西湖大學Renhong Yan為共同一作；顏寧教授為通訊作者，錢洪武博士為共同通訊。

二、論文題目：Structure and mechanism of human diacylglycerol-O-acyltransferase 1

該研究利用單顆粒冷凍電鏡技術，首次解析了解析度為3.1人源DGAT1的同源二聚體結構，並通過結合酶活性實驗，確定了醯基輔酶A（acyl-CoA）在DGAT1上的結合位點。

三醯甘油酯（triacylglycerol， TAG）是生命體中主要的能量儲存物質，其合成過程主要有兩種路徑：3-磷酸甘油路徑以及單醯基甘油路徑。兩種合成路徑的最終一步都是二醯甘油酯（diacylglycerol，DAG）的醯基化從而產生TAG，而這一過程是由二醯甘油醯基轉移酶（Diacylglycerol-O-Acyltransferase, DGAT）催化完成。

人體中有兩種序列不同源的DGAT，分別為DGAT1和DGAT2。DGAT1 主要負責脂肪吸收及儲存過程中TAG的合成，DGAT2則負責各組織及皮膚基本脂肪的平衡。

前期研究表明，DGAT1敲除的小鼠能保持正常的代謝，並且可以抵抗高脂肪飲食引起的肥胖，而DGAT2敲除的小鼠則由於皮膚脂肪的缺失在出生數小時內死亡。因此，DGAT1被認為是重要的治療肥胖及糖尿病的藥物靶點，各藥物公司都有針對DGAT1抑制劑開發。

總的來說，這項研究中報導了首個人源DGAT1同源二聚體結構以及其底物acyl-CoA的結合位點，對於針對DGAT1靶點抑制劑開發有重要指導作用。另外，DGAT1的結構也將為MBOATs超家族中其他成員的結構及功能研究提供重要的信息。

本文第一作者為貝勒醫學院博士生王列，普林斯頓大學錢洪武博士、貝勒醫學院年寅博士，普林斯頓大學韓亦沫博士為共同一作。韓亦沫博士現為萊斯大學助理教授，年寅博士現為昆明動物所研究人員，貝勒醫學院周鳴授和普林斯頓大學顏寧教授為共同通訊作者。

論文連結：

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2290-0

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

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