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揭示人源UCP1识别小分子抑制剂和激活剂的机制

 生科人李想

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线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所,也是细胞代谢的“能量工厂”。线粒体内膜上的电子传递链在将电子从还原性辅酶转移到氧气上时会同时泵出质子,使线粒体内膜两侧存在质子浓度差,从而推动ATP合酶的转动来生成ATP。在此过程中,线粒体内膜对于质子的低通透性确保了电子传递过程与ATP生成之间的紧密偶联。

棕色脂肪组织是哺乳动物中重要的产热器官,其高表达位于线粒体内膜上的解偶联蛋白1(UCP1)。当受到寒冷刺激时,UCP1被激活并转运质子,使电子传递过程与ATP生成解偶联,从而将质子梯度转化为热能释放。越来越多的证据表明激活棕色脂肪产热能够有效对抗肥胖及相关代谢疾病,并在肿瘤治疗中具有临床应用前景。

UCP1是产热过程的最终效应分子,其活性受到严格调控。通常情况下UCP1的活性被胞质侧高浓度的嘌呤核苷酸抑制(生理条件下主要是ATP)。当受到寒冷刺激时,交感神经释放去甲肾上腺素,作用于棕色脂肪细胞,促进脂肪水解,产生的脂肪酸能够克服ATP的抑制作用并激活UCP1来产热。此外,一些人工合成的化学小分子解偶联剂,包括2,4-二硝基苯酚(DNP)也能够有效的激活UCP1。但目前仍不清楚DNP和ATP是如何与UCP1结合并调控其活性的。

2023年6月19日,北京大学未来技术学院分子医学研究所陈雷课题组在 Nature 期刊发表了题为:Structural basis for the binding of DNP and purine nucleotides onto UCP1 的研究论文。

该研究报道了人源UCP1处于无核苷酸结合、DNP结合以及ATP结合三种状态的高分辨率冷冻电镜结构。

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回复生科人李想:该工作冷冻电镜样品制备、筛选和采集在北京大学冷冻电镜平台和北京大学电镜室完成,得到了李雪梅、郭振玺、裴霞、秦昌东、惠小娟和王国鹏等人的帮助。
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