Rab7A是小G蛋白中Rab家族蛋白的一員，在哺乳動物細胞自噬和內體途徑中發(fā)揮重要作用。與其他小G蛋白類似，Rab7A作為一種分子開關，可在結合GTP的激活狀態(tài)與結合GDP的失活狀態(tài)之間切換，這一過程由相應的鳥苷酸交換因子（GEF）和GTP酶活化蛋白（GAP）所介導。其中，MON1/CCZ1/C18orf8復合物作為Rab7A的GEF因子，可識別結合GDP、處于失活狀態(tài)的Rab7A，并將其轉變?yōu)榻Y合GTP的激活狀態(tài)。一旦被激活，Rab7A可介導相關下游效應蛋白的招募，在自噬體與溶酶體或晚期內體融合等過程中起著至關重要的作用。但是，目前哺乳動物MON1/CCZ1/C18orf8復合物的三維結構及其結合Rab7A發(fā)揮GEF功能的分子機制仍然未知。
近期，中國科學院上海有機化學研究所的潘李鋒課題組與張一小課題組合作，在Protein & Cell雜志在線發(fā)表了題為 “Mechanistic insights into the GEF activity of the human MON1A/CCZ1/C18orf8 complex”的通訊論文（https://doi.org/10.1093/procel/pwaf018）。該團隊首先利用凝膠共遷移、多角度靜態(tài)光散射和細胞免疫共沉淀等實驗方法，詳細研究了人源MON1A/CCZ1/C18orf8復合物與Rab7A之間的相互作用，發(fā)現MON1A/CCZ1/C18orf8復合物只會結合鎖定在GDP結合構象的Rab7A。隨后，利用冷凍電鏡技術，該團隊首次解析了人源MON1A/CCZ1/C18orf8/Rab7A T22N四元復合物的三維結構。在該復合物結構中，MON1A和CCZ1各自包含三個LD結構域（LD1-LD3），C18orf8包含一個α-螺線管結構域和一個WD40結構域，而Rab7A則采取經典的Rab家族蛋白折疊模式，并結合在MON1A和CCZ1的兩個LD1結構域組成的界面。有趣的是，在解析的復合物結構中，Rab7A處于一個特殊的中間態(tài)構型,?并未結合GDP分子和Mg2+離子。進一步的結構分析發(fā)現，Rab7A開關一區(qū)（Switch I）的構象變化是MON1A/CCZ1/C18orf8復合物識別并催化Rab7A核苷酸轉變的關鍵。其中，結合GDP的Rab7A因其開關一區(qū)的Y37等殘基不參與GDP的結合，因此可被MON1A/CCZ1/C18orf8復合物特異性地識別。當結合GDP的Rab7A被MON1A/CCZ1/C18orf8復合物識別后，Rab7A開關一區(qū)的F33、Y37等關鍵殘基與MON1A/CCZ1/C18orf8復合物發(fā)生相互作用，使開關一區(qū)整體下翻并遠離Rab7A的核苷酸結合口袋，進而削弱Rab7A對GDP的結合。同時，開關一區(qū)上帶正電荷的K38殘基插入到核苷酸結合口袋中，占據Mg2+的位置，進一步減弱Rab7A對GDP的結合，并最終使GDP解離。隨后，細胞質中高濃度的GTP會補充結合進來，并誘導開關一區(qū)的Y37與其γ位的磷酸基團發(fā)生氫鍵相互作用，進而使開關一區(qū)整體上翻并參與結合GTP分子，最終使結合GTP的Rab7A從MON1A/CCZ1/C18orf8復合物上解離，完成整個催化過程。綜上所述，該研究工作首次解析了人源MON1A/CCZ1/C18orf8復合物結合Rab7A的復合物結構，并對MON1A/CCZ1/C18orf8復合物催化Rab7A核苷酸轉變的分子機制提供了新見解，擴展了領域內對于小G蛋白Rab7A活性調控的分子機制的認識。
潘李鋒課題組的唐宇斌博士和張一小課題組的韓瑤瑤同學為本論文的共同第一作者，潘李鋒研究員和張一小研究員為該論文的共同通訊作者。上述研究工作得到了國家自然科學基金委、科技部國家重點研發(fā)專項項目、中國科學院青年交叉團隊項目和生命過程小分子調控全國重點實驗室的資助。
圖1. MON1A/CCZ1/C18orf8復合物催化Rab7A核苷酸轉變的工作模式圖
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