内质网钙离子感受器STIM1蛋白变构调控内质网-质膜互作的分子机制

Endoplasmic reticulum-plasma membrane (ER-PM) interactions play an important role in cellular Ca2+ signaling transduction. A ER Ca2+ sensor, STIM1 protein, senses the Ca2+ concentration and transits from the resting state to the activation state, then interacts with E-Syt1 protein to regulate the formation of ER-PM junctions. Within the ER-PM junctions, STIM1 further couples to Ca2+ channel Orai1 on PM, which mediates the extracellular Ca2+ influx and downstream Ca2+ signaling transduction. However, how the STIM1 conformational switch inducing the ER-PM interactions remains unclear. We will use the combination of various techniques from biochemistry, cell biology, molecular imaging and electron microscopy to study the resting state of STIM1, the activation state of STIM1, STIM1 regulating the formation of ER-PM. Our goal is to uncover the molecular mechanism of ER-PM interactions mediated by STIM1 molecule. The success of this project will be vital for understanding ER-PM interactions regulating Ca2+ signaling transduction, and also provides important clues for cardiovascular disease, neurodegenerative disease and autoimmune disease therapy.

内质网-质膜互作对细胞钙离子信号传导发挥着非常重要的作用。内质网钙离子感受器STIM1蛋白感受内质网钙离子浓度变化,从静息态变构成为激活态，从而与E-Syt1相互作用调控内 质网-质膜连接区的生成。在此连接区内，STIM1进一步与质膜钙离子通道Orai1相互作用，引起胞外钙离子流入和下游的钙离子信号传导。然而STIM1如何变构介导内质网-质膜互作的细节还不是很清楚。申请人拟运用生物化学、细胞生物学、分子影像和冷冻电镜技术来研究STIM1分子的静息态构象，STIM1分子的激活态构象，STIM1分子变构调控内质网-质膜连接区的形成，最终阐明STIM1分子介导内质网-质膜互作的分子机理。本项目的成功对理解内质网-质膜两大细胞器的互作影响钙离子信号传导会产生重要和深远的影响，也为心血管疾病、神经退行性疾病和自身免疫疾病的治疗提供了重要的线索。

内质网-质膜互作对细胞钙离子信号传导发挥着非常重要的作用。内质网钙离子感受器STIM1蛋白感受内质网钙离子浓度变化，当内质网钙离子浓度降低时，STIM1从静息态变构成为激活态，这种构象变化使STIM1分子能够和细胞质膜上的Orai1通道蛋白发生相互作用，并介导ER-PM形成junction。本课题主要以STIM1蛋白为研究对象，筛选了静息态和激活态的STIM1突变体，通过分子影像学和细胞生物学方法对突变体的定位和功能进行验证。通过对STIM1静息态和激活态突变体表达和纯化条件的筛选，获得了静息态和激活态的重组蛋白，并通过透射电镜的数据收集和分析，获得了STIM1静息态和激活态的分子形貌。在此基础上，通过筛选和优化STIM1片段与Orai1形成复合物的条件，得到了Orai1-2*SOAR的重组蛋白，并通过透射电镜数据的2D分类观察到了STIM1的SOAR片段与Orai1形成复合物的分子形貌，后续还将继续优化复合物形成以及样品制备的条件，以获得STIM-Orai更为精确的相互作用信息。项目运行期间，共培养毕业研究生2人，发表SCI论文8篇。