Nature | 白晓辰/张学武合作鉴定全新的STING配体结合位点

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关键词：合作

资讯来源：BioArt

发布时间： 2022-04-07

责编 | 兮

天然免疫（固有免疫）是宿主抵御病原微生物入侵或监测自身损伤的第一道防线。cGAS-STING信号通路是天然免疫的重要组成部分，在宿主抵御病原微生物感染，自身免疫和炎症性疾病，抗肿瘤免疫和细胞自噬衰老等过程中发挥重要的作用。病毒或病原菌感染后，释放出的遗传物质双链DNA （dsDNA）被宿主细胞质内的双链DNA感受器环二核苷酸合成酶cGAS所识别，激活后的cGAS合成第二信使cGAMP，cGAMP作为内源性配体与定位在内质网膜上的干扰素基因刺激蛋白STING相互作用，激活后的STING转移至高尔基体上，招募并激活下游激酶TBK1，TBK1磷酸化STING，并进一步招募和磷酸化转录因子IRF3，磷酸化后的IRF3二聚化进入细胞核，触发下游的I型干扰素IFN1和炎症相关细胞因子的表达，启动一系列免疫应答，清除入侵的病原体。

2019年，美国德克萨斯大学西南医学中心张学武研究组，陈志坚研究组和白晓辰研究组联合在Nature同期发表两篇文章，解析了人类和鸡的全长STING无活性二体状态，鸡全长STING和cGAMP的高聚活性状态，以及TBK1和STING尾巴的冷冻电镜结构，揭示了STING在cGAMP诱导后的高级寡聚化是募集和激活TBK1的信号转导平台，分析了STING和TBK1相互作用的分子基础，揭示了STING磷酸化尾部可同时与TBK1和IRF3相互作用，从而促进TBK1对IRF3的磷酸化修饰（详见BioArt报道：突破！专家点评丨陈志坚/张学武/白晓晨合作团队的重大成果——揭示了cGAS-STING信号转导核心步骤的分子机制）。

在cGAS-STING信号通路中，小分子配体如何识别结合并激活STING是整个天然免疫应答的重要环节。 STING是定位于内质网的膜蛋白，分为N端跨膜区域和C端配体结合结构域（LBD）。STING以组成性二体存在， N端四次穿膜螺旋互相缠绕形成穿膜结构域（TMD），C端二体形成大的配体结合口袋。所有先前的研究一致认为不论是内源性配体cGAMP，亦或是其它非天然小分子配体，与STING蛋白的相互作用位点，都是位于STING胞质域LBD，因此胞质域也被命名为配体结合结构域。然而，有研究小组相继发现，某些小分子虽然可以激活STING，但是这些小分子并不结合STING-LBD结构域，这些小分子一度被认为可能是通过间接的方式激活STING。

为了进一步探究小分子激活STING的分子机制，在2022年4月6日，白晓辰研究组和张学武研究组联合在Nature在线发表题为 Activation of STING by targeting a pocket in the transmembrane domain 的研究论文（卢德芬博士和尚桂军博士为本文第一作者）， 报道了一种STING激动剂C53 （1-（2-氯-6-氟苄基）-3,3-二甲基-2-氧代-N-（2,4,6）三氟苄基）吲哚-6-甲酰胺） 和STING以及cGAMP的三元复合物冷冻电镜结构，首次发现了一个新的位于STING二聚体之间的跨膜区的配体结合位点(STING-TMD) （图1-1） 。

该新的配体结合位点，在STING-apo和STING-cGAMP状态时，是一个相对很窄小的口袋，而激动剂C53是通过诱导契合的机制结合到该位点。结合生化结果，在细胞内C53结合至该跨膜区配体结合位点，可独立激活STING蛋白；而cGAMP和C53双配体都结合时，STING的活性强于单配体结合时。另外，在此复合物结构中，清晰地显示了两个STING二聚体之间的LBD–LBD接触界面，在之前的鸡STING-cGAMP四聚体的冷冻电镜结构中，该界面分辨率较低。在该三元复合物结构中，清晰显示二聚体相互作用界面主要由连接LBD的α2和α3的环（LBDα2–LBDα3环）介导，LBDα2–LBDα3环的相互作用主要由主链氢键介导，侧链贡献的很少，似乎不足以支撑STING形成的高聚物。而人STING-TMD之间的相互作用非常的紧密和强烈，这也解释了cGAMP和C53双配体结合时，可协同激活STING。

图1-1. STING蛋白跨膜区配体结合位点

STING是天然免疫中的明星分子，被认为是天然免疫新核心，免疫治疗新靶点。目前，STING作为免疫检查点抑制剂抗肿瘤治疗的靶点，临床研究都是围绕cGAMP类和抑制剂联合使用。cGAMP等环二核苷酸类配体，亲水不易透过细胞膜，易被体内一类水解酶攻击而失活。而跨膜区配体结合位点，位于内质网膜上，周围是疏水环境，基于此位点设计的STING小分子靶向药物，更易于进入细胞，达到更好的给药效果。综上， 此研究为STING作为药物靶点的自身免疫相关疾病，肿瘤的治疗以及抗病毒治疗提供了一个全新的途径。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41586-022-04559-7

制版人：十一

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