Structure and regulation of human epithelial cell transforming 2 protein
Chen M#, Pan H#, Sun L#, Shi P#, Zhang Y, Li L, Huang Y, Chen J, Jiang P, Fang X, Wu C, Chen Z*. Structure and regulation of human epithelial cell transforming 2 protein. PNAS 117(2):1027-1035, 2020.
https://www.pnas.org/doi/epdf/10.1073/pnas.1913054117
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上皮细胞转化因子2（Epithelial Cell Transforming 2, Ect2）是激活Rho 家族小G蛋白的鸟苷酸交换因子（GEF）。Ect2参与众多生物学过程，其中被研究得最广泛的是胞质分裂。胞质分裂是细胞分裂的最后一步。真菌和动物细胞在进行胞质分裂时，actomyosin收缩环的收缩作用，把细胞一分为二，使子细胞染色体数与母细胞保持一致，从而保证了遗传的稳定性。Actomyosin受上游RhoA信号的调控，而RhoA在胞质分裂时则主要被Ect2激活。然而，Ect2自身的活性如何被调控一直不清楚。
2019年12月30日，清华大学陈柱成实验室在PNAS杂志发表题为Structure and regulation of human epithelial cell transforming 2 protein 的文章，解析了Ect2的结构，阐明了Ect2的自抑制及激活的机理，并分析了与癌症相关的Ect2突变体的功能。研究人员通过对结构的解析，发现Ect2的自抑制由三个元件共同组成：N－端的BRCT结构域，C－端的PH（Pleckstrin Homology）结构域，以及中间连接处的S-loop。其中PH结构域直接与DH（Dbl Homology）结构域上的活性中心结合，阻止底物RhoA进入，在Ect2的自抑制中起核心作用。S-loop在DH结构域活性中心的外围，没有特定结构。通过测量与RhoA的结合常数，研究人员推断S-loop阻碍RhoA的结合，从而影响了Ect2的活性。BRCT结构域在DH结构域活性中心的远端，维持Ect2结构的稳定性，从而间接起到了自抑制的功能。该研究通过生物化学实验，发现Ect2会被GTP状态的RhoA激活，这提示了RhoA信号通路的正反馈调节作用。经过对Ect2蛋白表面的氨基酸进行突变筛选，研究人员发现了GTP状态RhoA结合在PH结构域，这暗示了RhoA对Ect2的变构激活作用。Ect2的这种双RhoA结合的模式（一个RhoA是底物，另一个RhoA是激活剂）并不常见。研究人员通过荧光共振能量转移（FRET）实验和氢－氘交换实验进一步确认了双RhoA结合的模式。细胞实验证明了Ect2的变构激活是胞质分裂所必需。因此，PH结构域不仅在Ect2的自抑制中起到了重要的作用，而且在Ect2的激活中也是不可或缺的。Ect2是一个原癌基因，在多种不同的癌基中出现突变和高表达。研究人员对癌症病人体内发现的突变体进行研究后，发现一些突变体使Ect2失去活性，另一些突变体使Ect2增加了活性。其中，R639Q/L突变体处于DP－PH自抑制作用界面，打开了Ect2自抑制的结构，增加了其GEF活性。将这个突变体过表达到细胞里时加快细胞增殖，促进细胞迁移，增强细胞的成瘤能力。在小鼠体内注射过表达这个突变体的细胞，细胞所形成的肿瘤比过表达野生型时的肿瘤体积会有明显的增长。上述结果说明了解除Ect2的自抑制会加强细胞的成瘤能力。有研究表明，敲低Ect2的表达抑制癌细胞生长，这提示Ect2是治疗癌症的潜在药物靶点。Ect2结构的解析，其实是其独特的DH-PH自抑制作用，为开发针对Ect2的药物铺平了道路。
Ect2的结构与调控模式图（A. Ect2结构域示意图。B. Ect2结构。C. Ect2自抑制和激活示意图。PM, plasma membrane; CS, centralspinlin complex; EX, GTP-GDP exchange; PF, positive feedback. ）
清华大学陈梦冉博士、潘涵、孙凌飞博士以及北京大学医学部石鹏为本文的共同第一作者，清华大学陈柱成教授为本文的通讯作者。https://www.pnas.org/content/pnas/early/2019/12/27/1913054117.full.pdf
