本文来源:iNature 作者:枫叶
GCN2是一种在真核细胞中激活综合应激反应(integrated stress response, ISR)的保守受体激酶。GCN2在进化上在所有蛋白激酶中脱颖而出,这是因为它存在一个组氨酸-tRNA合成酶样结构域(HRSL),该结构域仅在GCN2中出现,位于激酶结构域(KD)旁边。HRSL如何参与GCN2信号转导尚不清楚。
2024年11月21日,普林斯顿大学Alexei Korennykh及深圳医学科学院/普林斯顿大学颜宁团队合作在PNAS Nexus 在线发表题为“Cryo-EM structure of histidyl-tRNA synthetase-like domain reveals activating crossed helices at the core of GCN2”的研究论文,该研究报道了耐热酵母(Kluyveromyces marxianus) HRSL的3.2 Å冷冻电镜结构。该结构在受体核心的HRSL和KDs之间的交界处显示了一个结构对称的同型二聚体,具有紧密的螺旋束结构。
诱变表明这种连接结构激活了GCN2,并表明冷冻电镜结构捕获了HRSL的活性信号状态。基于这些结果,研究人员提出了GCN2的调控机制,其中HRSL驱动活化激酶二聚体的形成。GCN2的其余结构域具有相反的作用,在没有胁迫的情况下,它们有助于保持GCN2基本不活跃。这种自抑制活性在应激配体结合时被解除。总之,该研究提出,HRSL和其他GCN2结构域的相反作用因此产生一个受调控的ISR受体。
GCN2是四种翻译起始因子2α (eIF2α)激酶家族中的一种应激激酶。这些激酶感知应激细胞中特异性产生的信号分子,并磷酸化翻译起始因子eIF2α的调节丝氨酸残基。eIF2α的磷酸化抑制了蛋白质合成的起始步骤,激活了综合应激反应(integrated stress response, ISR),使细胞适应应激。ISR试图通过重编程基因表达来重建正常的细胞功能,如果无法实现稳态,ISR会激活细胞凋亡。
四种ISR受体激酶分别是GCN2、HRI、PERK和PKR。它们含有同源激酶结构域(KDs),可以识别并磷酸化eIF2α。KDs与每个家庭成员不同的应激感知和调节域有关。这些域允许GCN2感觉细胞的营养状况,HRI血红素感觉。根据训练的类型,GCN2−/−老鼠可以表现出增强或学习能力受损,支持ISR在认知过程中的广泛作用。
文章模式图(图源自PNAS Nexus )
结构和生化研究表明,ISR激酶的调控使用同源二聚化,尽管所有ISR激酶的二聚化偶联到配体感应结构域的确切机制仍然知之甚少。四种受体中的两种:PERK和PKR的每个主要结构域的结构都是可用的。这些结构与生化和其他研究可能提供了ISR激酶之间最完整的调控模型。GCN2是最大的具有5个球状结构域的ISR受体激酶。已经报道了三个GCN2结构域的结构。在N端,GCN2含有Ring finger-WD repeat-DEAD样解旋酶结构域(RWD),该结构域形成稳定的同型二聚体,并与GCN2伴侣蛋白GCN1/GCN20结合。
在C端,GCN2含有C端结构域(CTD),该结构域也形成同型二聚体,显然具有两种功能:与核糖体结合和激酶的自抑制。最后,KD的结构已经确定了两个功能相关的二聚体状态。GCN2伪激酶结构域(ΨKD)的结构被认为有助于GCN2活化,但其结构仍然未知。最大的GCN2结构域,与组氨酸-tRNA合成酶HisRS共享22%的序列同源性,直到最近才在结构上得到表征。
GCN2主要结构域的结构信息缺失,以及在其他研究得更好的蛋白激酶中缺乏tRNA合成酶样结构域,限制了我们对GCN2分子机制的理解。为了突破这一限制,研究人员对GCN2 HRSL进行了单粒子冷冻电镜和生化分析,为HRSL的功能提供了新的见解。
参考消息:
https://doi.org/10.1093/pnasnexus/pgae528
科研小助手官方QQ群:
一群:93646661(2000人已满);
二群:215216803(2000人未满)
转载、投稿、商务合作请添加微信:amateur_1988
↓↓↓点击阅读原文查看往期精彩!