生化与细胞所科研人员揭示小G蛋白Arl1调控GEF蛋白BIG1定位的分子机制
2016年7月19日，国际学术期刊Journal of Molecular Cell Biology在线发表了中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所国家蛋白质科学中心（上海）丁建平研究组的最新研究成果：“Structural basis for targeting BIG1 to Golgi apparatus through interaction of its DCB domain with Arl1”，该研究工作揭示了膜泡运输中小G蛋白Arl1介导GEF蛋白BIG1定位在高尔基体反式面的分子基础。
膜泡运输是细胞内部以及细胞之间运输大分子物质和颗粒物质的主要途径，它在细胞的营养吸收、免疫调节、信号传导、神经传递等过程中都发挥着非常重要的作用。小G蛋白Rab家族和Arf家族成员在膜泡运输过程中作为分子开关发挥功能，它们可以通过与不同的效应蛋白结合，募集相关蛋白到特定细胞器上，激活下游信号通路。GEF蛋白可以激活小G蛋白的活性，使其由结合GDP的非活性状态转变为结合GTP的活性状态。
丁建平研究组在内吞体代谢和膜泡运输过程中对小G蛋白的生物学功能开展了多年的研究工作，先后测定了一些重要小G蛋白包括Arl2、Rab5和Rab9等的复合物结构，揭示了它们在膜泡运输过程中的生物学功能及其发挥功能的分子基础 (Structure, 2009；Elife, 2014；Structure, 2014)。近期又开展了小G蛋白Arl1调控GEF蛋白BIG1在高尔基体反式面定位机制的研究。小G蛋白Arf1调控高尔基体的膜泡运输过程，其活性受到其GEF蛋白BIG1的调控。而BIG1作为小G蛋白Arl1的效应蛋白，通过Arl1被招募到高尔基体膜上激活Arf1。但Arl1是如何特异性识别和招募BIG1的分子机制还不清晰。
丁建平研究组的博士研究生王嵘等人运用结构生物学方法解析了活性状态的Ar l1与BIG1的DCB结构域的复合物（Arl1-GTP-DCB）的晶体结构，发现Arl1-GTP通过“分子开关”结构域特异性地结合BIG1蛋白N端的DCB结构域，并进一步运用生物化学和细胞生物学方法验证和分析了Arl1与BIG1之间的相互作用关系，鉴定了参与特异性识别的关键位点，发现Arl1与BIG1的相互作用方式与之前已报道的Arl1与效应蛋白复合物的相互作用方式具有较大的差异，基于研究结果提出了Arl1通过与BIG1的相互作用招募BIG1到高尔基体的反式面，从而级联激活Arf1的分子机制的模型。这些研究结果不仅揭示了这些蛋白在内吞体代谢和膜泡运输过程中的生物学功能，同时也对进一步阐明Arf家族成员之间、以及与其它家族小G蛋白之间功能差异的分子基础提供了重要信息。
此项工作得到了国家蛋白质科学研究设施（上海）19U线站的工作人员在实验数据收集中的支持与帮助，并得到了国家自然科学基金委和中国科学院的经费支持。 （生化与细胞所）
论文链接：
相关附件