新的研究為控制免疫系統(tǒng)中異常的鈣信號打開了大門
La Jolla免疫學研究所(LJI)的科學家們報告了關于鈣敏感蛋白STIM1如何發(fā)出信號,表明是時候啟動鈣的恢復,然后將該信息傳遞給鈣通道ORAI的額外工作。研究小組說,這項研究為在免疫系統(tǒng)中操縱異常鈣信號的新方法奠定了基礎,特別是在自身免疫或炎癥疾病的情況下。
“我們十年前就知道,當ER鈣水平下降時,STIM1蛋白會向質(zhì)膜移動,打開ORAI通道,”信號和基因表達司的Patrick Hogan博士說。“我們最近的工作顯示了STIM機制是如何在分子水平上起作用的。了解這些機制是至關重要的,因為鈣對免疫反應非常重要。
研究者的目前的工作(“鈣傳感STIM1 ER-luminal域”)出現(xiàn)在自然通訊雖然較早的研究(“卷曲螺旋形成傳達STIM1信號從ER腔到細胞質(zhì)”),發(fā)表在細胞報告,揭示出STIM1蛋白質(zhì)拉長,開關從靜止到激活狀態(tài),當鈣儲備下降。
STIM1是一種跨膜蛋白,跨越ER壁:一端在儲備體內(nèi)戳出一個鈣敏感的試樣尾部;在鈣離子充足的靜止狀態(tài)下,另一只手臂從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)伸出,但仍緊貼內(nèi)質(zhì)網(wǎng)壁,與點綴細胞膜的處于休眠狀態(tài)的ORA1通道失去聯(lián)系。
該小組通過構建和測試培養(yǎng)細胞中基因修飾的STIM1蛋白的行為,來定義當鈣水平下降時會發(fā)生什么。分析表明,來自傳感器尾部的鈣損失導致STIM1蛋白對的跨膜區(qū)域在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)壁內(nèi)聚集,促使外臂向細胞膜延伸。這種形狀的改變使STIM1足夠靠近ORAI通道,使其伸出并打開,從而使鈣回流到細胞中。
“第一篇論文展示了STIM1如何通過結構變化與質(zhì)膜中的通道蛋白進行溝通,”霍根博士說。“我們最新的論文將這一過程往回追溯了一步,揭示了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)的鈣流失是如何引發(fā)這一變化的。”
簡單地說,最近的一篇論文關注的是STIM1測鈣試紙的工作原理。之前,蛋白質(zhì)化學家發(fā)現(xiàn)ER中的鈣與STIM1尾巴上的一個結構基序“EF-hand”結合,并提出當手是空的時候,STIM1激活ORAI。博士Aparna Gudlur是霍根博士實驗室的講師,也是這篇新論文的第一作者。他解釋說,事情并沒有那么簡單。她說:“我們現(xiàn)在報告說,多個鈣化不僅與EF-hand結合,還與STIM1 ER區(qū)域的其他位點結合,這些位點相互依賴。”“這修正了STIM1如何被激活的概念。”
不僅如此,據(jù)霍根博士說,當時流行的觀點是,鈣離子的離解會導致ER中STIM1的dipstick樣區(qū)域急劇展開,呈現(xiàn)出一種混亂的結構,這種混亂被認為是ORAI激活所必需的。他說:“我們現(xiàn)在發(fā)現(xiàn),當ER區(qū)域的鈣離子濃度較低時,這個區(qū)域就不會展開,而是形成一種新穎而穩(wěn)定的結構,有利于與ORAI通道的相互作用。”“這很重要,因為這意味著相互作用可能成為抑制劑的靶點。”
制藥公司已經(jīng)在尋求開發(fā)阻斷ORAI鈣通道的藥物,以阻止自身免疫性疾病或急性胰腺炎等炎癥條件下的鈣依賴性免疫反應。一些阻斷orai的藥物目前處于I期和II期臨床試驗中,到目前為止似乎無毒。但是他們的治療潛力仍然未知。
Gudlur博士推測,直接開發(fā)ORAI/STIM1阻滯劑作為治療手段可能只是第一步,因為這兩種蛋白質(zhì)對許多細胞類型都是常見的。她說:“將ORAI通道作為一種僅在某些細胞中阻斷過量鈣信號的方法可能需要更大的特異性。”“我們的工作是識別能夠調(diào)節(jié)ORAI/STIM1活性的細胞特異性因子的第一步。一旦我們找到它們,就需要針對這些因素進行藥物篩選。
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