王新泉研究组在《Genes & Development》发表论文报道LGR4/5/6受体识别Wnt信号增强分子R-spondin的结构基础

  2013年6月11日,清华大学生命科学学院王新泉教授实验室在《Genes & Development》在线发表题为“Structural basis for R-spondin recognition by LGR4/5/6 receptors”的研究论文,报道了七次跨膜受体LGR4富含亮氨酸基序的胞外结构域与Wnt信号增强分子R-spondin 1复合物的晶体结构,结合生化和细胞水平Wnt信号检测,阐明了R-spondin 1与受体LGR4的相互作用的结构基础。该研究工作与清华大学生命科学学院吴畏教授实验室合作完成,清华大学生命科学学院博士生王冬立为本论文第一作者。

  R-Spondin 1(RSPO1)属于调控Wnt信号转导通路的RSPO家族,该家族由4个分泌型蛋白,即RSPO1-4组成。2004年,RSPO蛋白家族首次被发现是 Wnt信号通路的天然增强分子(吴畏是主要发现人之一)。2011年,Leucine-rich repeat-containing G protein-coupled receptor (LGR)家族中的LGR4、LGR5和LGR6被发现是RSPO家族蛋白的细胞膜受体。LGR4在雄性生殖道、眼睑、毛发和骨骼等器官的发育过程中起到 了至关重要的作用。作为干细胞特异性的分子标志物,LGR5蛋白主要见于胃肠道增殖性干细胞表面,LGR6蛋白则特异性存在于皮肤多潜能干细胞表面。在此 之前,LGR4/5/6一直是孤儿受体,而RSPO配基的发现直接将这三个受体与干细胞上的信号转导联系起来。

  王新泉实验室通过X-射线晶体衍射的方法解析了R-spondin 1的N端Furin-like结构域(RSPO1-2F)和LGR4胞外区(LGR4-ECD)的复合物的三维结构。LGR4-ECD为典型的马鞍状结 构,有17个LRR重复和分别位于N端和C端的LRRNT和LRRCT组成;RSPO1-2F 含有以一定规律重复的5个手指状结构,由7个二硫键固定;RSPO1-2F通过第3、4、5个手指与LGR4-ECD的N端LRR3-LRR9相互作用。 通过表面等离子共振和Wnt信号检测方法,研究人员鉴定出RSPO1上与受体相互作用和发挥Wnt信号增强功能的关键氨基酸残基,而这些氨基酸在 RSPO1-RSPO4中高度保守,揭示了LGR4/5/6识别整个RSPO1家族的结构基础。

《Genes & Development》同期还报道了美国西北大学何小林教授实验室RSPO1与LGR5和RNF43胞外结构域复合物的结构生物学研究成果。