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研究作者及机构

本研究的主要作者包括Yibin Xu、Mai B. Margetts、Hari Venugopal等，研究团队来自多个机构，包括澳大利亚的WEHI（Walter and Eliza Hall Institute of Medical Research）、墨尔本大学、莫纳什大学、剑桥大学和弗林德斯大学。该研究于2022年8月4日发表在期刊《Structure》上，论文标题为“How Insulin-Like Growth Factor I Binds to a Hybrid Insulin Receptor Type 1 Insulin-Like Growth Factor Receptor”。

学术背景

该研究属于结构生物学领域，主要关注胰岛素受体（Insulin Receptor, IR）和1型胰岛素样生长因子受体（Type 1 Insulin-Like Growth Factor Receptor, IGF-1R）的异源二聚体（hybrid receptor）及其与胰岛素样生长因子I（IGF-I）的结合机制。IR和IGF-1R是两种密切相关的受体酪氨酸激酶，它们在细胞生长、分化、代谢调控等方面发挥重要作用。尽管IR和IGF-1R的同源二聚体结构已被广泛研究，但关于它们形成的异源二聚体的结构信息却非常有限。异源二聚体在组织中的存在及其生理功能尚不明确，但其在糖尿病、癌症和阿尔茨海默病等疾病中的作用引起了科学界的关注。本研究旨在通过冷冻电镜（cryo-EM）技术解析IGF-I与IR/IGF-1R异源二聚体复合物的结构，以揭示其结合模式及信号传导机制。

研究流程

研究分为以下几个主要步骤：
1. 构建异源二聚体（hybzip）：研究团队通过基因工程技术构建了IR-B和IGF-1R的异源二聚体，并在其C端添加了亮氨酸拉链（leucine zipper）以增强结构的稳定性。
2. 蛋白表达与纯化：将构建的异源二聚体在CHO lec8细胞中稳定表达，并通过抗体亲和层析和尺寸排阻色谱法纯化目标蛋白。
3. 冷冻电镜样品制备：将纯化的异源二聚体与IGF-I以1:4的摩尔比混合，制备冷冻电镜样品。
4. 冷冻电镜数据采集与处理：在300 kV的冷冻电镜下采集数据，通过二维分类、三维重建和聚焦细化等方法，最终获得约3.7 Å分辨率的结构。
5. 结构分析与模型构建：使用RELION、CryoSPARC等软件对冷冻电镜数据进行分析，并构建原子模型。
6. 结合亲和力测定：通过竞争性结合实验测定IGF-I和胰岛素与异源二聚体的结合亲和力。

主要结果

1. 异源二聚体结构解析：研究成功解析了IGF-I与IR/IGF-1R异源二聚体复合物的冷冻电镜结构，发现其整体构象与IGF-I与IGF-1R同源二聚体复合物的结构高度相似。
   
2. IGF-I结合模式：IGF-I主要与IGF-1R单体的L1结构域和半胱氨酸富集区（CR）结合，而非IR单体。这一发现表明IGF-I的结合特异性主要由IGF-1R的CR区域决定。
   
3. 单配体结合：尽管实验中使用了过量的IGF-I，但结构中仅观察到一个IGF-I分子结合，这与胰岛素与IR复合物中观察到的多配体结合模式形成鲜明对比。
   
4. 结合亲和力：IGF-I与异源二聚体的结合亲和力（IC50 = 0.30 nM）与IGF-1R同源二聚体相当，而胰岛素的结合亲和力则显著降低（IC50 = 1.2 nM）。
   

结论

本研究首次揭示了IGF-I与IR/IGF-1R异源二聚体复合物的高分辨率结构，阐明了其结合模式和信号传导机制。研究结果表明，异源二聚体的结合特性更接近于IGF-1R同源二聚体，而非IR同源二聚体。这一发现为理解IR/IGF-1R异源二聚体在生理和病理过程中的作用提供了重要的结构基础，并为开发针对这些受体的药物提供了新的思路。

研究亮点

1. 首次解析异源二聚体结构：本研究首次通过冷冻电镜技术解析了IGF-I与IR/IGF-1R异源二聚体复合物的结构，填补了这一领域的空白。
   
2. 揭示结合特异性：研究发现IGF-I的结合特异性主要由IGF-1R的CR区域决定，这一发现深化了对IGF-I与受体结合机制的理解。
   
3. 单配体结合模式：与胰岛素与IR复合物中的多配体结合模式不同，IGF-I与异源二聚体仅以单配体形式结合，这一发现揭示了两种受体在配体结合特性上的差异。
   

其他有价值的内容

研究还讨论了异源二聚体在疾病中的作用，特别是其在糖尿病、癌症和阿尔茨海默病中的潜在机制。此外，研究团队开发的亮氨酸拉链稳定化技术为未来研究其他复杂受体结构提供了新的方法学支持。

本研究通过高分辨率结构解析，揭示了IGF-I与IR/IGF-1R异源二聚体的结合模式，为理解其生理功能和开发相关药物提供了重要的科学依据。