线虫脂质转移隧道蛋白的结构揭示

俄勒冈健康与科学大学与俄勒冈州立大学合作，发现了一种名为LPD-3的脂质转移复合物的结构组织和蛋白质成分。研究结果表明，LPD-3包含一个内衬脂质分子的内部隧道，这表明细胞膜之间大规模脂质运动的可能机制。

细胞必须不断管理其膜的结构和组成，这些膜在很大程度上依赖于内质网（ER）中产生的脂质。由于其疏水性，这些脂质不能自由地漂浮在细胞质中。

脂质转运蛋白已被证明可以在隔室之间穿梭少量脂质分子。一个独特的组，称为桥状脂质转运蛋白（BLTP），可能通过形成跨越细胞器之间的长隧道状结构来支持大量脂质转移。由于其大小和生化复杂性，对这些蛋白质的结构分析仍然有限。

在《自然》杂志发表的“桥状脂质转移蛋白脂质转移的结构基础”研究中，研究人员对从转基因秀丽隐杆线虫中分离出的天然LPD-3进行了低温电子显微镜和质谱分析，以揭示复合物的亚基组成和结构细节。

研究人员设计了两种秀丽隐杆线虫菌株，在内源性lpd-3基因的任一端放置了荧光和表位标签。C末端标记的菌株保留了正常的发育和冷应激表型，用于分离天然LPD-3复合物。

从大约6000万条蠕虫中纯化蛋白质，以产生足够的材料进行结构和生化分析。使用基于荧光的尺寸排阻色谱法进行纯化。质谱鉴定了跨越全长4022个氨基酸LPD-3序列的肽。

结构分析使用单粒子低温电子显微镜以6.2埃的分辨率生成蛋白质的全长图谱。通过RNA干扰敲除秀丽隐杆线虫、果蝇和HeLa细胞，评估了该复合物及其亚基的功能意义。

冷冻电镜分析仅解析了LPD-3蛋白的一部分，结构异质性限制了C末端一半的解析。

LPD-3被解析为345埃长的隧道状结构，其疏水内部由27个脂质分子和跨膜结构域内的三个额外磷脂填充。交替的酸性和碱性残留物沿着隧道排列，形成一条横跨整个长度的可电离轨道。四个水合门户通向隧道，允许细胞质水进入脂质头组。

LPD-3隧道内的脂质间隔约8.4埃，这一距离与它们在天然膜双层中的排列非常相似。

质谱鉴定出两种共纯化辅助蛋白。其中一种名为Spigot，与LPD-3的N端区域结合，并在物种之间共享保守的特征。第二种被称为脂质转移辅助蛋白2（LTAP2），显示出保守性，但无法在结构模型中精确定位。第三种蛋白质组分也被观察到为三螺旋跨膜束，但其身份和作用尚不清楚。

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RNA干扰敲除秀丽隐杆线虫spgt-1基因导致顶端肌动蛋白荧光减少79.1%。lpd-3的敲除导致91.6%的减少。果蝇Spigot直系同源基因的敲除破坏了星形胶质细胞的吞噬作用。在HeLa细胞中敲除Spigot的人类直系同源物C1orf43会损害ER-质膜接触位点的形成。

研究结果确定了LPD-3复合物的亚基组成和分子结构，包括脂质分子在运输过程中如何与内部隧道表面相互作用。电离残留物和水合门户沿着连续的内部轨道组织脂质头群，这表明了大量脂质转移的结构机制。

研究结果证实，Spigot是跨多个物种的复合物的保守成分，在磷脂运输和细胞组织中发挥作用。在蠕虫、苍蝇和人类细胞中敲除Spigot直系同源物会导致膜相关功能的持续中断。

所揭示的LPD-3结构为进一步研究BLTP1相关疾病提供了基础。

人类BLTP1突变与Alkuraya Kučinskas综合征有关，这是一种严重的神经系统疾病。这项研究的结构见解为未来研究疾病机制和潜在的治疗策略提供了基础。p