MIT化学家们发现一种可改变形状的受体如何影响细胞生长

这种受体被称为表皮生长因子受体（EGFR），在许多类型的癌症中被过度表达。事实上，它是几种癌症药物的目标。尽管这些药物一开始往往效果很好，但肿瘤会对它们产生抗药性。麻省理工学院化学系副教授Gabriela Schlau-Cohen说，更好地了解这些受体的机制可能有助于研究人员设计出能够规避这种抗性的药物。

她说：“思考针对表皮生长因子受体的更普遍的机制是一个令人兴奋的新方向，并给你一个新的途径来思考可能的疗法，这些疗法可能不那么容易进化出抗药性。”

Schlau-Cohen和Pfizer-Laubach化学职业发展助理教授张斌（音译）是这项研究的资深作者，该研究最近发表在《自然通讯》杂志上。论文的主要作者是麻省理工学院的研究生Shwetha Srinivasan和前麻省理工学院博士后Raju Regmi。

EGFR是帮助细胞生长调节的许多受体之一。它存在于大多数类型的哺乳动物上皮细胞上，这些细胞排列在身体表面和器官上，除了EGF之外，还能对几种类型的生长因子做出反应。一些类型的癌症，特别是肺癌和胶质母细胞瘤，过度表达EGFR，这可能导致不受控制的生长。

像大多数细胞受体一样，EGFR跨越了细胞膜。受体的细胞外区域与其目标分子（也称为配体）相互作用；跨膜部分嵌入膜内；而细胞内部分则与控制生长途径的细胞机器相互作用。

受体的细胞外部分已被详细分析，但跨膜和细胞内部分一直难以研究，因为它们更无序，不能被结晶化。

大约五年前，Schlau-Cohen开始尝试进一步了解这些鲜为人知的结构。她的研究小组将这些蛋白质嵌入到一种特殊的自组装膜中，这种膜被称为纳米盘，模仿细胞膜。然后，她使用单分子荧光共振能量转移(FRET)来研究当受体与EGF结合时其构象如何变化。

FRET通常用于测量两个荧光分子之间的微小距离。研究人员用两种不同的荧光团标记了纳米盘膜和蛋白质的细胞内尾巴末端，这使得他们能够在各种情况下测量蛋白质尾巴和细胞膜之间的距离。

令他们惊讶的是，科学家们发现，EGF的结合导致了受体构象的重大变化。大多数受体信号的模型涉及多个跨膜螺旋的相互作用，以带来大规模的构象变化，但EGF受体在膜内只有一个螺旋段，似乎在不与其他受体分子相互作用的情况下发生了这种变化。

Schlau-Cohen说：“单一的α螺旋能够传递如此大的构象重排的想法确实让我们感到惊讶。”

为了进一步了解这种形状变化将如何影响受体的功能，Schlau-Cohen的实验室与张斌合作，后者的实验室对分子相互作用进行计算机模拟。这种建模被称为分子动力学，可以模拟一个分子系统如何随时间变化。

该模型显示，当受体与EGF结合时，受体的细胞外部分垂直竖立，而当受体未被结合时，它平躺在细胞膜上。类似于铰链的关闭，当受体平放时，它使跨膜段倾斜并将细胞内段拉近膜。这阻止了蛋白质的细胞内区域与启动细胞生长所需的机器进行互动。EGF的结合使这些区域更加可用，有助于激活生长信号通路。

研究小组还利用他们的模型发现，细胞内段靠近细胞膜的带正电的氨基酸是这些互动的关键。当科学家们对这些氨基酸进行突变，将它们从带电状态转为中性状态时，配体结合不再激活受体。

张斌说：“我们可以看到模拟和实验之间有很好的一致性。通过分子动力学模拟，我们可以弄清楚哪些是对耦合至关重要的氨基酸，并量化不同氨基酸的作用。然后Gabriela表明，这些预测结果是正确的。”

此外，研究人员发现，西妥昔单抗，一种与EGFR结合的药物，可以防止这种构象变化的发生。西妥昔单抗在治疗结直肠癌或头颈部癌症患者方面已显示出一些成功，但肿瘤可能会对其产生抗药性。作者表示，更多地了解EGFR如何对不同配体做出反应的机制，可以帮助研究人员设计可能不太可能导致抗药性的药物。