孙飞课题组揭示芳香烃受体AhR胞质复合物组装机制

　　二噁英是一种具有较强生物毒性的环境污染物，对人体危害极大，可以诱发癌症并影响机体免疫。芳香烃受体AhR是生物体中特异性识别二噁英的分子。当二噁英进入细胞后，AhR便以高亲和力结合二噁英分子，进而激活相应的信号通路产生生物学效应。对AhR进行结构功能研究，有助于了解AhR信号通路的具体分子机制并开发靶向药物，同时还可以开发检测二噁英类环境污染物的高灵敏度生物传感器。2023年1月16日，国际学术期刊《Structure》在线发表了中国科学院生物物理研究所孙飞课题组的研究成果"Cryo-EM structure of the cytosolic AhR complex"。该工作制备得到稳定的小鼠芳香烃受体AhR胞质复合物，解析了其高分辨率冷冻电镜结构，阐明了该复合物中各个组分新颖的相互作用模式，并研究了AhR结合配体的分子机理。

　　芳香烃受体AhR是一种依赖于配体激活的转录因子，属于bHLH-PAS家族蛋白，包含bHLH、PAS-A、PAS-B等结构域。其中，PAS-B结构域拥有一个可以结合配体的口袋，负责AhR对不同信号刺激的响应。AhR可以被多种信号激活，在细胞毒性调节，细胞增殖分化，神经发育，免疫应答等多种生理学过程都发挥重要的作用。在AhR经典信号通路中，AhR首先与分子伴侣Hsp90，共分子伴侣p23，以及AhR结合蛋白XAP2形成静息态胞质复合物，当AhR识别配体后，激活相应的信号通路，调控下游基因的表达。长久以来，AhR如何与Hsp90、p23、XAP2等蛋白组装形成胞质复合物这个关键科学问题一直有待解决。

　　本研究经过长期摸索，制备得到稳定的小鼠AhR胞质复合物样品，利用冷冻电镜单颗粒技术解析了其高分辨率三维结构。该结构中包含AhR、Hsp90、p23、XAP四种组分，其中哺乳动物AhR的配体识别区PAS-B结构域是首次得到建模。该PAS-B结构域由5条β折叠链和4根α螺旋组成，这些结构围绕形成了中空的配体结合口袋。在整个复合体中，AhR不仅通过PAS-B结构域上若干个亲水相互作用位点与Hsp90结合，还通过一段位于PAS-A、PAS-B结构域之间的柔性连接区（本研究将其命名为bridge motif）插在Hsp90的二体腔内，与两个Hsp90分子紧密结合。此外，AhR PAS-B结构域的C端柔性区与XAP2紧密结合，与p23也存在潜在相互作用。这些相互作用将AhR分子牢牢固定在了整个复合物里，帮助AhR长期稳定地存在于胞质当中等待配体结合。

　　通过结构对比分析，本研究还提出了一个配体进出AhR分子的可能机制。小鼠AhR PAS-B的配体结合口袋处有一个DE-loop区。本研究中的结构显示，当AhR未结合配体时，DE-loop区呈现一种特殊的构象，使得PAS-B结构域存在一个明显的入口，利于配体分子进入PAS-B结构域内部。而根据前人研究的AhR PAS-B的同源结构显示，在结合配体后，PAS-B结构域口袋内部体积变大，DE-loop发生构象变化从而挡住入口，将配体分子牢牢的锁定在PAS-B结构域内部。AhR很可能通过这种机制完成了对污染物分子的特异性识别过程。

图 AhR胞质复合体的结构示意图，绿色展示AhR蛋白分子。

　　中国科学院生物物理研究所朱赟研究员、翟宇佳副研究员、孙飞研究员为论文通讯作者，孙飞课题组博士生温作令为论文第一作者。该研究受到科技部国家重点研发计划、中科院战略性先导科技专项(B)支持。

　　文章链接：https://doi.org/10.1016/j.str.2022.12.013

（供稿：孙飞研究组）