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Chuangye Yan's Lab

Intro block structural biology

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Introduction to the laboratory

闫创业,清华大学生命科学学院副教授、清华-北大联合中心研究员、博士生导师、教育部青年学者。2018年-2022年入选科睿唯安高被引学者(交叉学科),曾获2020年度求是青年奖、树兰医学青年奖。主要从事膜蛋白的结构和功能、RNA剪接机制以及冷冻电镜技术与方法研究。

1、疾病相关膜蛋白的结构与功能研究

1)以乳酸、丙酮酸和酮体为代表的单羧酸是大多数哺乳动物细胞中必需的代谢产物。这些单羧酸代谢物的动态吸收和再分配是由单羧酸转运蛋白(monocarboxylate transporter, MCT)完成的。

在生理条件下,MCT1-4协同糖酵解型细胞和氧化型细胞之间的乳酸穿梭,这是不同组织中乳酸稳态的关键过程。MCT1、2和4在多种癌症中的高表达与癌症的发展有密切关系。由MCT1和其他亚型共同介导的乳酸穿梭能够连接以糖酵解为主要产能方式(Glycolytic tumor cell)和以线粒体氧化为主要产能方式(Oxidative tumor cell)的癌细胞使其形成协同代谢,从而促进肿瘤的发生与发展(图1)。

图1 MCT1-4介导的糖酵解型和氧化型肿瘤细胞之间的乳酸穿梭

2020年12月16日,课题组在Cell上发表了文章Structural basis of human monocarboxylate transporter 1 inhibition by anti-cancer drug candidates揭示了候选抗癌药物对人源单羧酸转运蛋白抑制机理。

2)γ-氨基丁酸(GABA)为人体中枢神经系统内重要的抑制性神经递质。在GABA能神经元中,当突触前膜去极化后,内含GABA的突触囊泡将融合到突触前膜,并释放GABA到突触间隙中。随后,GABA会结合突触后膜的GABAA受体,引发Cl-内流,使得突触后膜超极化,从而抑制神经冲动的传递。GABA转运体1(GAT1)负责将突触间隙的GABA回收至突触前膜神经元,从而调控下游受体的激活状态。GAT1维持着神经系统抑制微环路的稳定,其功能异常会导致多种神经类疾病,比如自闭症、癫痫、精神分裂症。

2023年7月3日,清华大学生命科学学院副教授闫创业课题组在自然-结构与分子生物学(Nature Structural & Molecular Biology)发布了关于GABA转运体GAT1的转运与抑制机制的重要成果。该工作通过结构生物学和生物化学相结合的手段阐明GAT1转运底物GABA的机制,揭示了竞争性抑制剂3-哌啶甲酸和非竞争性抑制剂抗癫痫药物噻加宾的抑制机制,为进一步靶向GATs的药物奠定了基础。

图2 GAT1与GABA、3-哌啶甲酸和噻加宾的互作模式

2、RNA剪接机制研究

RNA剪接是真核生物中心法则关键的一环,而剪接体是真核细胞中催化前体信使RNA剪接过程的执行者,在剪接过程中,剪接体各组分以pre-mRNA分子为中心,按照高度精确的顺序进行逐步组装。

首次解析了裂殖酵母剪接体高分辨结构,并应用创新方法系统地测定其众多柔性区结构,完整揭示了其空间结构及前体信使RNA的剪接机制(2015年);系统地解析了酵母和人源中不同状态的剪接体结构,包括八种不同状态剪接体结构,分别为pre-B、B、Bact、B*、C、C*、P、ILS复合物,为理解RNA剪接提供了全面和清晰的剪接体结构信息,将剪接体的组装、激活、剪接和解聚整个过程通过结构生物学的手段从原子水平上清楚地揭示出来,为理解高等生物前体mRNA的剪接机制提供了重要基础 。

3. 冷冻电镜技术与方法研究

建立非对称、低分子量柔性膜蛋白复合物的解析方法

非对称、低分子量膜蛋白的结构解析在电镜领域中极具挑战。通过方法创新,首次解析了单羧酸转运复合物MCT1/Basigin-2与三种经典抗癌候选药物以及胆固醇代谢调控关键复合物Scap/Insig-2与固醇类分子25HC的结构,拓展了单颗粒冷冻电镜在此类小膜蛋白解析上的应用。此后进一步解析了没有膜外可溶结构域的人源葡萄糖转运体GLUT4 3.3埃 和GABA转运体GAT1 2.3埃的高分辨率结构,为研究该类型膜蛋白的结构提供了新的思路与方法。

 

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