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首次在该杂志发表！颜宁团队合作再取新进展

研发家 | 2024-12-06

GCN2是一种在真核细胞中激活综合应激反应（integrated stress response， ISR）的保守受体激酶。GCN2在进化上在所有蛋白激酶中脱颖而出，这是因为它存在一个组氨酸-tRNA合成酶样结构域（HRSL），该结构域仅在GCN2中出现，位于激酶结构域（KD）旁边。HRSL如何参与GCN2信号转导尚不清楚。

2024年11月21日，普林斯顿大学Alexei Korennykh及深圳医学科学院/普林斯顿大学颜宁团队合作在PNAS Nexus 在线发表题为“Cryo-EM structure of histidyl-tRNA synthetase-like domain reveals activating crossed helices at the core of GCN2”的研究论文，该研究报道了耐热酵母（Kluyveromyces marxianus） HRSL的3.2 Å冷冻电镜结构。该结构在受体核心的HRSL和KDs之间的交界处显示了一个结构对称的同型二聚体，具有紧密的螺旋束结构。

诱变表明这种连接结构激活了GCN2，并表明冷冻电镜结构捕获了HRSL的活性信号状态。基于这些结果，研究人员提出了GCN2的调控机制，其中HRSL驱动活化激酶二聚体的形成。GCN2的其余结构域具有相反的作用，在没有胁迫的情况下，它们有助于保持GCN2基本不活跃。这种自抑制活性在应激配体结合时被解除。总之，该研究提出，HRSL和其他GCN2结构域的相反作用因此产生一个受调控的ISR受体。

GCN2是四种翻译起始因子2α (eIF2α)激酶家族中的一种应激激酶。这些激酶感知应激细胞中特异性产生的信号分子，并磷酸化翻译起始因子eIF2α的调节丝氨酸残基。eIF2α的磷酸化抑制了蛋白质合成的起始步骤，激活了综合应激反应（integrated stress response， ISR），使细胞适应应激。ISR试图通过重编程基因表达来重建正常的细胞功能，如果无法实现稳态，ISR会激活细胞凋亡。

四种ISR受体激酶分别是GCN2、HRI、PERK和PKR。它们含有同源激酶结构域（KDs），可以识别并磷酸化eIF2α。KDs与每个家庭成员不同的应激感知和调节域有关。这些域允许GCN2感觉细胞的营养状况，HRI血红素感觉。根据训练的类型，GCN2−/−老鼠可以表现出增强或学习能力受损,支持ISR在认知过程中的广泛作用。

结构和生化研究表明，ISR激酶的调控使用同源二聚化，尽管所有ISR激酶的二聚化偶联到配体感应结构域的确切机制仍然知之甚少。四种受体中的两种：PERK和PKR的每个主要结构域的结构都是可用的。这些结构与生化和其他研究可能提供了ISR激酶之间最完整的调控模型。GCN2是最大的具有5个球状结构域的ISR受体激酶。已经报道了三个GCN2结构域的结构。在N端，GCN2含有Ring finger-WD repeat-DEAD样解旋酶结构域（RWD），该结构域形成稳定的同型二聚体，并与GCN2伴侣蛋白GCN1/GCN20结合。

在C端，GCN2含有C端结构域（CTD），该结构域也形成同型二聚体，显然具有两种功能：与核糖体结合和激酶的自抑制。最后，KD的结构已经确定了两个功能相关的二聚体状态。GCN2伪激酶结构域（ΨKD）的结构被认为有助于GCN2活化，但其结构仍然未知。最大的GCN2结构域，与组氨酸-tRNA合成酶HisRS共享22%的序列同源性，直到最近才在结构上得到表征。

GCN2主要结构域的结构信息缺失，以及在其他研究得更好的蛋白激酶中缺乏tRNA合成酶样结构域，限制了我们对GCN2分子机制的理解。为了突破这一限制，研究人员对GCN2 HRSL进行了单粒子冷冻电镜和生化分析，为HRSL的功能提供了新的见解。

参考消息：

https://doi.org/10.1093/pnasnexus/pgae528

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