Cell discovery（IF=38）：北京大学科研团队揭示金属蛋白酶妊娠相关血浆蛋白A的结构及调节机制

Celldiscovery（IF=38）：北京大学科研团队揭示金属蛋白酶妊娠相关血浆蛋白A的结构及调节机制研究背景胰岛素样生长因子（IGF）是生长的关键调节因子，尤其是在胎儿发育期间。IGF包含IGF-1和IGF-2，对应两种受体IGF-1R和IGF-2R，以及IGF结合蛋白（IGFBPs）。IGFBPs是IGF活性主要调节剂的载体蛋白。IGF对IGFBPs的亲和力高于IGF-1R，因此，在细胞外环境中，大多数IGF与IGFBPs结合，IGFBP-3在人血清中最为普遍。IGF还可结合胰岛素受体（IR）。IGF信号通路概述（源自参考文献）IGF信号通路严格调控，其中循环和组织相关的IGF被IGFBPs隔离。IGFBPs蛋白水解，释放IGF，使其与IGFRs结合，并进行下游信号传导。人体内IGF的释放由蛋白酶介导，包括妊娠相关血浆蛋白PAPP-A和PAPP-A2。PAPP-A（Pregnancy-associatedplasmaprotein-a）是一种锌金属蛋白酶，广泛用于孕早期唐氏综合征筛查中，但其具体生物学功能及机制长期未知。PAPP-A以两种主要形式存在。在怀孕期间，PAPP-A以两个分子的PAPP-A与两个分子的嗜酸细胞主要基本蛋白（proMPB）共价连接的形式循环。在这种2:2的异源四聚体复合物中，PAPP-A是没有蛋白溶解作用的。作为一种关键的生理病理分子，PAPP-A及其下游的IGF信号通路成员是怀孕和癌症中很有前途的诊断生物标志物和治疗目标。PAPP-A的活性由proMBP或STC2通过共价结合进行微调，但其结构和分子基础在很大程度上仍然难以确定。近期，北京大学第三医院妇产科杭婧/乔杰/魏瑗研究团队在国际权威期刊CellDiscovery发表了题为“StructuralinsightsintothecovalentregulationofPAPP-AactivitybyproMBPandSTC2”的研究文章。该研究报道了内源性纯化的PAPP-A分别与调节剂proMBP或STC2（斯钙素蛋白2）形成的两个复合物的冷冻电镜结构。这两种调节剂均通过广泛的相互作用与PAPP-A结合，形成的空间位阻阻止了底物蛋白的结合和切割。研究还指出proMBP对PAPP-A的调控在选择性宫内生长受限（sIUGR）妊娠中具有调节胎盘功能的重要作用。研究结果01：PAPP-A-proMBP复合物的低温电镜结构为了评估PAPP-A活性和proMBP调节的分子机制，研究人员从怀孕的人类血浆中纯化了内源性的PAPP-A-proMBP复合物，并确定了其冷冻电镜结构。基于该结构构建了PAPP-A的多域组织示意图：一个层粘连蛋白球状折叠结构域（LGD，Arg1-Phe230），一个包含两个LNR模块（LNR1和LNR2，Asn332-Tyr414）的蛋白酶催化结构域（PD，Leu243-Pro592），一个弯曲的巾状结构域（SD，Gly593-Gly915），一个β-桶状结构（βBD，Asp916-Asp1134），一个包含五个模块的补体控制蛋白结构（CCP，Cys1135-Cys1474），以及一个包含第三个LNR模块的C端结构（CTD，Val1475-Gly1547）。02：PAPP-A-STC2复合物的低温电镜结构

接下来，研究团队在悬浮的HEK293F细胞中重组过度表达PAPP-A，利用低温电镜获得3.8Å的PAPP-A-STC2结构图。与PAPP-A-proMBP复合物中的两个proMBP亚单位不同，STC2以同源二聚体的形式出现，并与PAPP-A形成2：2的异源四聚体。每个STC2包含9个α-螺旋和14个半胱氨酸，其中12个形成6对分子内二硫键，来自两个STC2分子的Cys211残基形成一个分子间的二硫键以促进二聚体的形成。此外，Cys120与PAPP-A的Cys652相连，并位于PAPP-A-STC2界面。03：与PAPP-A结合的机制相似研究发现PAPP-A是一个高度灵活的二聚体。从结构上来看proMBP和STC2都被嵌入到PAPP-A中，结合特性是相似的。ProMBP或STC2通过空间位阻抑制底物裂解，并与PAPP-A催化裂口远端的多个结构域建立广泛的相互作用。proMBP或STC2通过多个界面与PAPP-A结合，诱导的构象变化和直接的竞争将导致PAPP-A裂解的抑制。04：proMBP对PAPP-A活性的异常调节PAPP-A和proMBP在胎盘中大量表达，研究团队随后评估了PAPP-A蛋白分解活性的功能和proMBP对胎盘的调控。多层胎盘是唯一的母体-胎儿界面，由几种专门的滋养细胞组成，胎盘功能障碍会导致各种类型的妊娠并发症和胎儿畸形，如选择性宫内生长受限sIUGR。进一步通过sIUGR的双胎胎盘和脐血样本的分子细胞生物学研究，发现调节剂proMBP的浓度在大、小胎儿中存在明显差异，致使PAPP-A活性改变。同时，在胎盘绒毛外滋养层细胞（EVTs）过表达PAPP-A可以促进其迁移和侵袭，提升EVT的浸润；当proMBP存在时，这种促进效应被消除，表明了该过程与PAPP-A的酶活调控密切相关，从而影响了胎儿发育，导致了sIUGR双胎生长失衡。研究结论本研究具有重要的潜在应用价值，可根据PAPP-A聚合状态及活性的改变以及调节剂proMBP调节变化等参数来实现sIUGR等不良妊娠的筛查，为未来胎盘源性妊娠疾病的干预治疗、药物开发和后续应用提供可能性。义翘神州蛋白结构研究产品义翘神州经过十多年的研发，开发出一系列无血清细胞培养基产品，可用于HEK293、CHO、昆虫细胞以及杂交瘤细胞的培养和蛋白表达。所有细胞培养基均为即用型，经过数千种蛋白及抗体表达案例的验证，具有蛋白表达量高、细胞生长好、质控严格、批次稳定性好等特点，已经被多个知名实验室用于细胞培养和蛋白表达研究。义翘神州已通过ISO13485和ISO9001双认证，培养基生产的整个过程严格按照GMP规范进行管理，部分产品已完成美国FDADMF备案，全面支持细胞治疗、基因治疗、抗体药生产和诊断原料生产等领域的应用。SMM293-CD1无血清细胞培养基,

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