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鱼尼丁受体(Ryanodine receptors,RyRs)是位于肌质网上最大的钙离子释放通道。它们在肌肉细胞的兴奋收缩耦合中起着重要作用。以RyRs为靶点的五种商业化二胺类杀虫剂是一类主要的农业害虫防治杀虫剂,每年在全球范围内的销售额超过20亿美元,但近年来出现的抗性突变大大降低了其药效。因此迫切需要研发以昆虫RyRs独特且新颖的结合位点为靶标的新型杀虫剂,来克服抗药性危机,但是,昆虫RyRs的有限结构信息妨碍了我们对其分子机制的理解。RyR是由四个相同的亚基组成的分子量超过2.2MDa的巨型离子通道,每个亚基约由20个功能域组成。本文以几乎对所有杀虫剂产生抗性的世界性农业害虫小菜蛾为研究材料,利用X射线蛋白质晶体学技术,解析了其RyR SPRY1和SPRY2晶体结构,分辨率分别为1.85?和2.06?。分析小菜蛾RyR SPRY1和SPRY2的结构,发现虽然它们的整体结构与哺乳动物中相对应的结构相似,核心部分都是由反向平行的β折叠组成,但在位于相邻亚基界面的若干环结构具有显著的结构差异。
为进一步研究SPRY功能域在全长昆虫鱼尼丁受体中的功能以及与其它功能域的相互作用关系,利用计算生物学软件薛定谔获得小菜蛾RyR全长同源建模结构,用晶体结构替换掉SPRY1和SPRY2,在全长中对SPRY1和SPRY2的作用进行分析。发现,SPRY1和RyR的调控蛋白FKBP有相互作用,免疫共沉淀实验表明SPRY1和FKBP之间的相互作用具有物种特异性,因此小菜蛾中SPRY1-FKBP相互作用的界面有望成为潜在绿色杀虫剂的靶标位点,即通过破坏它们之间相互作用达到杀虫效果。分析SPRY2的结构发现,其中两处loop和它相邻亚基的结构域BSol有相互作用,并且SPRY2-BSol的作用界面在通道开启关闭过程中会发生2.3?的位移,有趣的是,之前确定的位于BSol上的疾病突变也位于这一作用界面,表明了SPRY2-BSol作用界面在通道门控中的重要作用。另外一处loop与SPRY3有相互作用,而SPRY3又和重要的磷酸化结构域Repeat34有潜在相互作用,当SPRY2和SPRY3一起保持不动时,Repeat34在通道的门控过程中发生了5.1?的位移。所以SPRY2-BSol和SPRY2/SPRY3-Repeat34的作用界面有望成为昆虫特异性杀虫剂的潜在靶标位点。
为进一步研究SPRY功能域在全长昆虫鱼尼丁受体中的功能以及与其它功能域的相互作用关系,利用计算生物学软件薛定谔获得小菜蛾RyR全长同源建模结构,用晶体结构替换掉SPRY1和SPRY2,在全长中对SPRY1和SPRY2的作用进行分析。发现,SPRY1和RyR的调控蛋白FKBP有相互作用,免疫共沉淀实验表明SPRY1和FKBP之间的相互作用具有物种特异性,因此小菜蛾中SPRY1-FKBP相互作用的界面有望成为潜在绿色杀虫剂的靶标位点,即通过破坏它们之间相互作用达到杀虫效果。分析SPRY2的结构发现,其中两处loop和它相邻亚基的结构域BSol有相互作用,并且SPRY2-BSol的作用界面在通道开启关闭过程中会发生2.3?的位移,有趣的是,之前确定的位于BSol上的疾病突变也位于这一作用界面,表明了SPRY2-BSol作用界面在通道门控中的重要作用。另外一处loop与SPRY3有相互作用,而SPRY3又和重要的磷酸化结构域Repeat34有潜在相互作用,当SPRY2和SPRY3一起保持不动时,Repeat34在通道的门控过程中发生了5.1?的位移。所以SPRY2-BSol和SPRY2/SPRY3-Repeat34的作用界面有望成为昆虫特异性杀虫剂的潜在靶标位点。