文献解析|陈永恒教授团队发表关于p53介导线粒体凋亡机制的原创性研究成果

引言

近日，中南大学湘雅医院国家卫健委肿瘤蛋白质组学重点实验室的陈永恒教授团队在国际权威期刊Nature Communications上发表了一篇题为“Structural Insight into the Molecular Mechanism of p53-mediated Mitochondrial Apoptosis”的原创性论著。该研究首次解析了p53/BCL-xL复合物的晶体结构，揭示了p53与BCL-xL相互作用的基础，并对p53介导线粒体凋亡的机制进行了深入研究。该成果不仅在科学理论上具有重大突破，还为研发靶向蛋白质间相互作用的小分子药物提供了重要基础。

研究背景

p53是细胞内最重要的抑癌基因之一，在维持基因组稳定性和防止肿瘤发生方面发挥着至关重要的作用。作为转录因子，p53能够激活一系列促凋亡基因的转录，从而诱导细胞凋亡，这是其发挥抑癌作用的关键机制之一。此外，p53还可以通过非转录依赖的形式，直接与BCL-2家族蛋白相互作用，调控线粒体凋亡通路。

BCL-2家族蛋白是调控线粒体凋亡通路的关键分子，包括抗凋亡蛋白（如BCL-2、BCL-xL等）和促凋亡蛋白（如BAX、BAK等）。这些蛋白之间的相互作用决定了细胞是否发生凋亡。近年来，关于p53与BCL-2家族蛋白相互作用的研究逐渐成为热点，但p53与BCL-xL复合物的具体结构及其作用机制尚未完全阐明。

研究内容

在本研究中，陈永恒教授团队利用X射线晶体学技术，首次解析了p53与抗凋亡蛋白BCL-xL的复合物晶体结构。他们发现，复合物中的p53分子以同源二聚体形式存在，与一个BCL-xL分子形成三元复合物。这是一种全新的p53与BCL-2家族蛋白相互作用的结合模式。

研究团队进一步分析了p53与BCL-xL相互作用的分子机制。他们发现，p53位于二聚体结合面的氨基酸突变（如Tyr107和His178）以及p53与BCL-xL结合作用面的氨基酸突变（如p53肿瘤热点突变位点Arg248和Arg273）都会破坏p53/BCL-xL的相互作用，并抑制p53的促凋亡功能。这些发现不仅从结构上阐明了p53与BCL-xL相互作用的分子机制，还从功能上诠释了p53突变导致其促凋亡功能异常及促进肿瘤发展的分子机制。

研究意义

1. 理论突破：本研究首次解析了p53/BCL-xL复合物的晶体结构，揭示了p53与BCL-xL相互作用的基础，为阐明p53介导线粒体凋亡的机制提供了重要的结构依据。

2. 疾病机制：研究发现p53位于二聚体结合面和与BCL-xL结合作用面的氨基酸突变会破坏p53/BCL-xL的相互作用，并抑制p53的促凋亡功能。这些发现为理解p53突变导致其抑癌功能丧失和促进肿瘤发展的分子机制提供了新的视角。

3. 药物研发：本研究为研发靶向蛋白质间相互作用的小分子药物提供了重要基础。通过针对p53/BCL-xL复合物的结构特征设计小分子抑制剂，可以破坏p53与BCL-xL的相互作用，恢复p53的促凋亡功能，从而达到治疗肿瘤的目的。

4. 临床应用：研究成果有望为肿瘤治疗提供新的靶点和药物选择。通过检测肿瘤患者p53基因的突变情况，可以选择合适的治疗方案，提高治疗效果和患者的生存率。

研究方法与技术

1. X射线晶体学技术：研究团队利用X射线晶体学技术解析了p53/BCL-xL复合物的晶体结构。该技术通过X射线衍射获得晶体的衍射数据，利用计算机算法重构晶体的三维结构，从而揭示蛋白质分子的空间构象和相互作用。

2. 生物化学实验：研究团队还进行了一系列生物化学实验，包括蛋白质纯化、免疫共沉淀、体外结合实验等，验证了p53与BCL-xL的相互作用及其结构特征。

3. 细胞生物学实验：为了验证p53突变对其促凋亡功能的影响，研究团队进行了细胞生物学实验，包括细胞凋亡检测、线粒体膜电位变化检测等，观察了p53突变对细胞凋亡的影响。

4. 生物信息学分析：研究团队还利用生物信息学方法对p53基因的突变情况进行了分析，预测了p53突变对其结构和功能的影响，为理解p53突变在肿瘤发生中的作用提供了重要的理论依据。

团队介绍与合作

中南大学湘雅医院国家卫健委肿瘤蛋白质组学重点实验室的陈永恒教授团队长期从事疾病相关蛋白质的结构与功能研究，取得了系列科研成果。团队成员包括多位优秀的青年学者和博士后，他们在各自的研究领域取得了显著的成就。

本研究的第一作者危蝴蝶博士是中南大学湘雅医院在站博士后，国家自然科学青年基金和中国博士后基金获得者。她以第一作者和通讯作者在Nature Communications、Nucleic Acids Research和Journal of Hematology & Oncology等国际权威杂志上发表了多篇SCI论文。

共同通讯作者张叶博士是中南大学湘雅医院肿瘤蛋白质组学实验室的年轻学者，国家自然科学青年基金和湖南省自然科学基金获得者。她以通讯作者和第一作者在Nature Communications、Autophagy、Journal of Hematology & Oncology和Cell Death & Disease等国际权威杂志上发表了多篇SCI论文。

此外，本研究还得到了上海同步辐射光源（SSRF）BL17U1/ BL19U1的技术支持。SSRF是我国重要的同步辐射光源设施之一，为科学研究提供了重要的技术支持和平台。

未来研究方向与展望

本研究虽然取得了显著的成果，但仍有许多问题需要进一步探讨和研究。未来，陈永恒教授团队将继续深入研究p53与BCL-2家族蛋白相互作用的机制，探索其他与p53相互作用的蛋白质，并开展相关的药物研发和临床前研究。

同时，团队还将继续加强与国际同行的合作与交流，共同推动肿瘤蛋白质组学和肿瘤免疫治疗领域的发展。通过不懈的努力和合作，相信团队能够在未来取得更多突破性的成果，为肿瘤治疗提供更多的选择和希望。

结论

陈永恒教授团队在Nature Communications上发表的关于p53介导线粒体凋亡机制的原创性研究成果具有重大的科学意义和应用价值。该研究首次解析了p53/BCL-xL复合物的晶体结构，揭示了p53与BCL-xL相互作用的分子机制，为理解p53突变导致其抑癌功能丧失和促进肿瘤发展的分子机制提供了新的视角。此外，该研究还为研发靶向蛋白质间相互作用的小分子药物提供了重要基础，有望为肿瘤治疗提供新的靶点和药物选择。未来，团队将继续深入研究p53与BCL-2家族蛋白相互作用的机制，推动肿瘤蛋白质组学和肿瘤免疫治疗领域的发展。