端粒酶的三维结构:揭示其在人类疾病中的作用
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研究人员发表第一张端粒酶三维分子结构的详细图片和描述——这一发现可能使更好的靶向药物筛选成为可能，并可能导致更成功的端粒酶相关临床治疗。
端粒酶已知与几种人类疾病有关，包括癌症，这种酶的异常激活引发了肿瘤的发生。有趣的是，这种酶也被认为是与衰老有关一个主要的原因被假设是由于端粒的损耗。尽管已经有了强有力的研究努力来确定操纵这种酶的方法，以确定治疗这些疾病的方法，但到目前为止，由于缺乏结构信息，进展受到了阻碍。
加州大学伯克利分校的科学家现在报告说自然底物结合的人端粒酶全酶的冷冻电子显微镜(冷冻em)结构。
底物结合的人端粒酶全酶的冷冻电镜结构
揭示端粒酶的三维结构
在最近新闻稿，第一作者Thi Hoang Duong“Kelly”Nguyen评论道:“以前最好的人类端粒酶图像的分辨率只有30 Ångstroms;使用冷冻电子显微镜，我们能够获得大约7到8 Ångstroms分辨率。”
“当我能看到所有的亚基时——我们总共有11个蛋白质亚基——那一刻，‘哇，哇，它们就是这样组合在一起的。’”
通过优化端粒酶纯化技术和使用低温电镜，科学家们能够在亚纳米分辨率下观察端粒酶的结构，“显示了端粒酶逆转录酶(TERT)和端粒酶RNA (hTR)的保守基序的催化核心，以及H/ACA核糖核蛋白(RNP)。”
在这个分辨率下，研究小组就能够“拟合所有成分的高分辨率结构和同源模型”。这种方法的组合揭示了人类端粒酶RNA (hTR)和组成该酶的10个蛋白质亚基的详细组织，为hTR motif功能和导致端粒酶缺陷的突变提供了“更清晰的图像”。1
端粒酶:它对人类很重要
2018年论文的高级作者Kathleen Collins教授端粒酶在人类中的重要性的首次发表证据自然早在1999年。在他们的原始论文中，柯林斯和同事报告了第一种已知的由端粒酶突变引起的人类疾病，更具体地说，是一种蛋白角化不良的突变，会导致先天性角化不良。患有这种疾病的人在高度再生的组织(如皮肤和骨骼)中有缺陷，染色体不稳定，易于发展为特定类型的恶性肿瘤。4
现在，随着对端粒酶结构的更详细的了解，研究人员终于对为什么某些端粒酶蛋白质的基因突变会导致先天性角化不良有了更深入的了解。突变阻止了dyskerin分子之间的连接，阻止了分子与其他蛋白质网络的结合，也阻止了与酶的RNA主干的充分连接。
凯瑟琳·柯林斯解释了当他们最终发现先天角化不良症和端粒酶之间的确切联系时的感受:“这对我来说是最好的高潮。dyskerin突变热点映射到结构上的图形面板，从第一作者Kelly Nguyen第一次向我展示它的那一刻起，就愉快地冻结在我的记忆中。就在今天早上，我将此与临床医生联系起来，他将dyskerin及其突变热点定位为先天性角化不良的基础(Inderjeet Dokal)几个月后，我的实验室才发现它是端粒酶亚基。
她继续说:“其他人曾提出，这些突变削弱了dyskerin与伴侣SHQ1的结合，但由于没有SHQ1病人的突变，解释并不令人满意。实验室里以前的学生一直在努力了解疾病的生化机制，所以我很高兴他们的工作与结构相结合，解释了为什么端粒酶RNP特别容易受到疾病突变的影响。”
端粒酶3D结构解决:下一步是什么?
伊娃·诺加利斯博士， 2018年联合通讯作者自然论文分享了下一步的更多细节，并概述了团队未来的研究重点:“明年我们至少有两个重要的方向。一个明显的方向是追求真正的原子分辨率。这项努力将包括提高我们用电子显微镜获得的图像的对比度，这样，将许多端粒酶分子的图像排列成单个三维结构的计算分析就可以更加准确，从而获得更高的分辨率。
Nogales强调，图像的数量仍然需要增加10倍或更多——团队的计算分析必须变得更加创新和复杂。
“原子分辨率对于定义特定于人类复合体的区域至关重要，这些区域不存在于我们迄今为止用于解释密度图的非人类成分的原子结构中。这一进步将使我们能够建立亚基相互作用界面和活性位点的原子分辨率细节，这是人类独有的，因此是药物设计的最佳目标。”
Collins评论了该出版物对药物发现领域的影响:“我们希望这种结构通过揭示亚单位相互作用限制细胞中端粒酶功能(例如DC疾病突变)，鼓励筛选小分子抑制剂。
“此外，拥有均一的端粒酶样品制备方法为基于活性的小分子筛选提供了机会。最重要的是，我认为它可以消除我们希望驯服端粒酶的瓶颈，这对研究界是一种鼓舞。”
伊娃·诺加利斯博士和凯瑟琳·柯林斯教授接受了科技网络科学作家劳拉·伊丽莎白·梅森的采访。188金宝搏备用
参考文献
1.
Nguyen, t.h.， Tam, J.， Wu, R. A.， Greber, B. J.， Toso, D.， Nogales, E.， & Collins, K.(2018)。底物结合的人端粒酶全酶的冷冻电镜结构。大自然。doi: 10.1038 / s41586 - 018 - 0062 - x
2.
丛毅，赖特，W. E. &夏，J. W.(2002)。人端粒酶及其调控。微生物学与分子生物学进展，39(3)，457 - 457。doi: 10.1128 / mmbr.66.3.407 - 425.2002
3.
2009年诺贝尔生理学或医学奖-新闻稿。(2009)。从https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2009/press.html检索。最后访问时间:2018年4月30日
4.
米切尔，J. R.，伍德，E.和柯林斯，K.(1999)。端粒酶成分在人类先天性角化不良症中存在缺陷。自然，402(6761)，551-555。doi: 10.1038/990141
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