Isthmin-1的晶体结构及对其在前脂肪细胞信号传导中功能作用的重新评估

Crystal structure of Isthmin-1 and reassessment of its functional role in pre-adipocyte signaling.

作者信息Tongqing Li, Steven E Stayrook, Wenxue Li, Yueyue Wang, Hengyi Li, Jianan Zhang, Yansheng Liu, Daryl E Klein
PMID40234450
发布时间2025-04-15
DOI10.1038/s41467-025-58828-w

实验完整度

高

X射线晶体学、SAXS、细胞刺激与免疫印迹、质谱鉴定,多层级证据且含功能验证

主要模型

3T3-F442A前脂肪细胞 Expi293F细胞表达的重组ISM1蛋白 Hi5昆虫细胞表达的重组ISM1蛋白 TL-AMOP晶体

重点核对

3T3-F442A细胞血清饥饿过夜后,用ISM1蛋白刺激5分钟,检测pAKT S473 IMAC纯化与IMAC+SEC纯化对AKT磷酸化活性的影响 Strep-Tactin树脂纯化ISM1-FLts与IMAC纯化ISM1-FL的活性对比 SEC组分frac1(10.4–11.4 mL)和frac2(15.9–16.9 mL)的活性及质谱鉴定 PDGF-AA在低于1 nM浓度下刺激3T3-F442A细胞AKT磷酸化

摘要

Isthmin-1(ISM1)是一种新近描述的脂肪因子,具有胰岛素样特性,可控制高血糖和肝脏脂肪变性。此外,ISM1被认为在模式形成、血管生成、血管通透性和细胞凋亡中发挥关键作用。ISM1的一个关键特征是其AMOP(黏附相关结构域,存在于MUC4(黏蛋白-4)和其他蛋白质中)结构域,该结构域对其许多功能至关重要。然而,AMOP结构域的分子细节仍不清楚,因为尚无其结构的描述。在此,我们测定了ISM1的晶体结构,包括其血小板反应蛋白I型重复序列(TSR)和AMOP结构域。有趣的是,ISM1的AMOP结构域呈现出一种独特的折叠,与细菌链霉亲和素相似。当将我们的结构与其他AMOP结构域的预测结构进行比较时,我们观察到虽然核心的链霉亲和素样桶状结构是保守的,但表面螺旋和环变化很大。因此,AMOP结构域折叠允许结构可塑性,这可能支撑其多样化的功能。此外,与先前研究相反,我们表明高度纯化的ISM1不会刺激3T3-F442A前脂肪细胞上的AKT磷酸化。相反,我们发现共纯化的生长因子负责这一活性。总之,我们的数据揭示了这一神秘蛋白质的结构并澄清了功能研究。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
ISM1的AMOP结构域具有怎样的三维结构,以及ISM1是否直接刺激前脂肪细胞3T3-F442A的AKT磷酸化。
核心机制
ISM1的AMOP结构域核心形成约半个β-桶,与细菌链霉亲和素相似;其表面螺旋和环可变,允许结构可塑性。高度纯化的ISM1不刺激AKT磷酸化,先前观察到的活性由IMAC共纯化的PDGFA和GDF15等生长因子引起。
主要证据
X射线晶体学解析TL-AMOP结构(分辨率3.5 Å);SAXS显示L-AMOP为单体;3T3-F442A细胞刺激实验结合免疫印迹显示IMAC纯化ISM1有活性而SEC纯化后活性降低;质谱和免疫印迹鉴定PDGFA和GDF15;重组PDGF-AA刺激AKT磷酸化。
研究意义
揭示了AMOP结构域的结构并澄清ISM1的功能研究,提示研究ISM1代谢效应时需区分共纯化污染物的影响。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

ISM1 TL-AMOP蛋白表达纯化与晶体结构解析

获得ISM1 AMOP结构域的高分辨率三维结构

构建TL-AMOP(G218-Y464)等截短体,在293T细胞中表达,用硒代甲硫氨酸标记进行实验相位,通过悬滴法获得晶体,收集衍射数据并解析结构。

2

AMOP结构域与链霉亲和素及同源结构域的结构比较

分析AMOP结构域折叠特征及家族保守性

使用Dali服务器搜索结构相似性,PyMOL叠合AMOP核心与链霉亲和素;用AlphaFold2预测ISM2、SUSD2、MUC4的AMOP结构域并进行比较。

3

ISM1 AMOP结构域寡聚状态分析

验证晶体中观察到的二聚体在溶液中是否存在

构建L-AMOP及I455E/F458E双突变体,进行SEC和SAXS分析。

4

ISM1对3T3-F442A前脂肪细胞AKT磷酸化的功能验证

检验纯化ISM1是否直接刺激前脂肪细胞AKT磷酸化

用不同纯化方式(IMAC、IMAC+SEC、Strep-Tactin)获得的ISM1蛋白刺激3T3-F442A细胞,免疫印迹检测pAKT S473。

5

共纯化污染物的鉴定与活性验证

确定介导AKT磷酸化活性的共纯化成分

对Expi293条件培养基SEC组分进行质谱分析,免疫印迹验证PDGFA和GDF15,并用重组PDGF-AA刺激细胞验证活性。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
FreeStyle 293表达培养基Thermo Fisher Scientific12338026
Expi293无甲硫氨酸培养基Thermo Fisher ScientificA4096701
硒代-L-甲硫氨酸Sigma-AldrichS3132
EX-CELL 405培养基Sigma-Aldrich14405C
镍五齿琼脂糖基树脂Marvelgent Biosciences11-0227
HiLoad 26/600 Superdex 200 pg色谱柱Cytiva Life Sciences28989336
Superdex 200 Increase 10/300 GL尺寸排阻色谱柱Cytiva Life Sciences28990944
Centricon 10 kDa离心浓缩器MilliporeSigmaUFC901024 and UFC801024
3T3-F442A细胞Sigma-Aldrich00070654-1VL
DMEM培养基Gibco12491023
新生小牛血清Sigma-AldrichN4637-500ML
L-谷氨酰胺GibcoA2916801
青霉素/链霉素Sigma AldrichP4333-100ML
DMEM/F12(1:1)培养基Gibco11320082
磷酸酶和蛋白酶抑制剂混合物Cell Signaling Technology5872S
Bradford测定Thermo Fisher Scientific23236
BLUEstain 2蛋白分子量标准GoldBioP008-500
PVDF膜EMD MilliporeIPVH00010
脱脂奶粉ChemCruzH1823
AKT抗体Cell Signaling Technology4691S
p-AKT473抗体Cell Signaling Technology4060S
PDGF-AA抗体R&D SystemsMAB2211-SP
GDF15抗体Cell Signaling Technology79996S
Amersham ECL Prime免疫印迹检测试剂Cytiva Life SciencesRPN2236
SuperSignal West Atto超敏底物试剂盒Thermo Fisher ScientificA38554
Nunc MaxiSorp 96孔免疫板Thermo Fisher Scientific430341
Nunc MaxiSorp 384孔免疫板Thermo Fisher Scientific464718
Octet RED96e仪器SartoriusOctet RED96e
五聚组氨酸传感器Sartorius18-5120
生物胞素Sigma-AldrichB4261

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
晶体结构解析
蛋白浓度、沉淀剂浓度与pH、结晶温度、冷冻保护条件
阅读提示:Methods中Crystallography小节及Table 1
SAXS分析
蛋白浓度、缓冲液组成、数据收集温度
阅读提示:Methods中Small-angle X-ray scattering (SAXS)小节及Table 2
细胞刺激实验
细胞系来源、血清饥饿时间、刺激时间与温度、检测指标
阅读提示:Methods中Cell stimulation assay小节
Western blot检测
上样量、抗体稀释比例、检测方法
阅读提示:Methods中Western blot小节
质谱鉴定
SEC组分收集范围、上样量、酶解条件
阅读提示:Methods中Mass spectrometry小节及Fig. 5d