當(dāng)sterol比較豐富時(shí)，Scap和另一個(gè)ER上的膜蛋白Insig-1/2 (insulin-induced gene)相互作用，此時(shí)Scap和SREBP-2也相互結(jié)合在ER的膜上。Scap和Insig的結(jié)合需要膽固醇或膽固醇的類似物參與，比如 25-hydroxycholesterol (25HC)。當(dāng)sterol水平下降時(shí)，Insig和Scap不再相互作用，此時(shí)Scap會(huì)經(jīng)歷一系列結(jié)構(gòu)變化去暴露出它的膜泡轉(zhuǎn)運(yùn)信號(hào)“MELADL”，于是Scap拽著SREBP-2一起，會(huì)在COPII介導(dǎo)的囊泡運(yùn)輸作用下從ER轉(zhuǎn)運(yùn)到高爾基體。一旦到了高爾基體，SREBP-2/Scap復(fù)合物就會(huì)遇到活化的蛋白酶，S1P (site-1 protease)和S2P。S1P首先會(huì)把SREBP兩個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域的loop切斷，將SREBP分成兩個(gè)部分，此時(shí)每一部分仍然有一個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域保留在膜上。隨后S2P會(huì)繼續(xù)在連接SREBP N端結(jié)構(gòu)域的跨膜區(qū)切割，于是SREBP的N端轉(zhuǎn)錄因子結(jié)構(gòu)域被釋放，然后進(jìn)核啟動(dòng)相關(guān)基因的表達(dá)【1-3】（圖1）。

　　盡管這條信號(hào)通路已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了幾十年，但是具體的結(jié)構(gòu)信息和分子機(jī)制仍然尚未被完全闡述。2021年1月15日，Science雜志在線發(fā)表了來(lái)自顏寧和閆創(chuàng)業(yè)合作發(fā)表，題為“A structure of human Scap bound to Insig-2 suggests how their interaction is regulated by sterols”的研究長(zhǎng)文，通過(guò)冷凍電鏡技術(shù)，解析了人源Scap和Insig-2包含25HC分子的復(fù)合物結(jié)構(gòu)，揭示了固醇類分子調(diào)節(jié)SREBP信號(hào)通路的分子機(jī)制。

　　為了闡明該信號(hào)通路分子機(jī)制，在此前，一些低等物種的同源結(jié)構(gòu)也有被陸續(xù)解析。比如，來(lái)自古細(xì)菌的S2P MjS2P的晶體結(jié)構(gòu)【4】，分枝桿菌Insig同源結(jié)構(gòu) MvINS【5】，和來(lái)自酵母的SREBP和Scap C端結(jié)構(gòu)域的同源蛋白，Sre1【6】和Scp1【7】。SSD結(jié)構(gòu)域在很多蛋白中可見(jiàn)，并且有很多工作已經(jīng)揭示了SSD的結(jié)構(gòu)信息，比如Niemann-Pick type C (NPC1), Patched 1 (Ptch1), NPC1L1, 和Dispatched蛋白的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)【8-13】。盡管如此，在SREBP信號(hào)通路中，25HC（或其他類固醇分子）的結(jié)合位點(diǎn)和Scap與Insig的相互作用機(jī)制仍然未知。此外，此前報(bào)道顯示Insig結(jié)合25HC而不是膽固醇，然而Scap卻只能結(jié)合通過(guò)它的內(nèi)腔結(jié)構(gòu)域（Loop1）結(jié)合膽固醇。

　　為了更加清晰的闡述相關(guān)分子機(jī)制，作者結(jié)合生化和冷凍電鏡技術(shù)，解析了Scap_Insig-2_25HC三者的復(fù)合物結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)中，跨膜結(jié)構(gòu)域的平均分辨率3.7 。Scap的SSD和Insig-2的所有跨膜區(qū)結(jié)構(gòu)都被解析，其中25HC分子像三明治一樣夾在Scap的S4-S6部分和Insig-2的TM3/4之間 （圖2）。

　　結(jié)構(gòu)顯示，Scap的S4中間“解旋”狀態(tài)部分對(duì)于25HC的結(jié)合和Insig相互作用至關(guān)重要。Scap的跨膜結(jié)構(gòu)域與NPC1和Ptch1類似，但是Scap在S4區(qū)域有一個(gè)特別之處—Scap的S4在中間“斷開(kāi)”形成了一個(gè)類似解旋的扭結(jié)，使S4分成了兩個(gè)半個(gè)的helix，S4a和S4b （圖2）。但在NPC1和Ptch1的相應(yīng)區(qū)域是完整的。正是由于這個(gè)扭結(jié)，使得S4a向SSD內(nèi)傾斜，給配體的結(jié)合騰出了空間。結(jié)構(gòu)和生化實(shí)驗(yàn)證明，S4螺旋的不連續(xù)對(duì)于配體的結(jié)合和與Insig-2的相互作用不可或缺。

　　Insig-2的結(jié)構(gòu)與此前解析的MvINS結(jié)構(gòu)類似。在MvINS的晶體結(jié)構(gòu)中，一個(gè)內(nèi)源的diacyl-glycerol (DAG)分子插入在TM1/2/3/5的中心口袋中。結(jié)構(gòu)類比之后，發(fā)現(xiàn)在Insig-2的相應(yīng)區(qū)域也有類似的口袋，此前的結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)該口袋也是用來(lái)裝固醇類配體的【5,14】。但是，通過(guò)解析的結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，盡管在相應(yīng)的區(qū)域確實(shí)存在一個(gè)相似的口袋，但是在口袋內(nèi)沒(méi)有觀察到任何的電子密度。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，25HC實(shí)際上是結(jié)合在Scap和Insig-2的相互作用界面。而對(duì)于在口袋附近進(jìn)行氨基酸突變也不會(huì)明顯影響25HC依賴的Scap-Insig-2相互作用（圖3），進(jìn)一步證實(shí)了口袋并非結(jié)合配體的位置。

　　總的來(lái)說(shuō)，結(jié)合整個(gè)結(jié)構(gòu)和生化實(shí)驗(yàn)結(jié)果，文章較完整的揭示了Scap和Insig-2之間以25HC依賴的方式的跨膜相互作用分子機(jī)制（圖4）。盡管如此，依然還有很多問(wèn)題需要被解決。比如為什么有了配體的結(jié)合后，Scap的構(gòu)象就會(huì)阻止MELADL motif被囊泡的識(shí)別，不被轉(zhuǎn)運(yùn)至高爾基體？在Scap上，以膽固醇依賴的方式進(jìn)行構(gòu)象改變的Loop1是否會(huì)耦連S2和S4的運(yùn)動(dòng)？單獨(dú)的Scap和Insig結(jié)構(gòu)又長(zhǎng)得怎么樣？等等一些問(wèn)題，不是這一個(gè)結(jié)構(gòu)可以解釋的，不過(guò)該結(jié)構(gòu)給這些未來(lái)更復(fù)雜的問(wèn)題提供了一定的線. 簡(jiǎn)化的分子機(jī)制模型

　　顏寧、閆創(chuàng)業(yè)為論文共同通訊作者，西湖大學(xué)博士后鄢仁鴻、清華大學(xué)博士生曹平平、宋聞麒為本文的共同第一作者。冷凍電鏡數(shù)據(jù)分別在國(guó)家蛋白質(zhì)科學(xué)中心（北京）清華大學(xué)冷凍電鏡平臺(tái)和西湖大學(xué)冷凍電鏡平臺(tái)收集，清華大學(xué)高性能計(jì)算平臺(tái)和西湖大學(xué)超算中心分別為本研究的數(shù)據(jù)處理提供了支持。