摘要
环二核苷酸(cyclic dinucleotides,CDNs)是自然界中广泛存在且重要的信使分子。天然免疫受体环鸟苷酸-腺苷酸合成酶(cyclic guanosine monophosphate-adenosine monophosphate synthase,cGAS)识别到细胞质中的双链DNA后催化产生一种特殊的CDN:2''3''-cGAMP。2''3''-cGAMP作为第二信使结合并激活内质网上的干扰素基因刺激因子(stimulator of interferon genes，STING),随后进一步活化下游信号通路，诱发广谱的免疫反应。 由恶性细胞产生的外源性2''3''-cGAMP、细菌产生的CDN和用于癌症免疫治疗的人工合成CDN,必须穿过细胞膜来激活靶细胞中的STING。近期有研究鉴定了溶质载体家族蛋白SLC19A1是关键的CDN转运蛋白。除了 CDN,SLC19A1还是主要的叶酸(机体核心代谢中的一种基础性营养物质)和抗叶酸(用于多种癌症治疗)转运蛋白，因此SLC19A1在多种生理和病理过程中扮演着重要角色。然而SLC19A1识别和转运CDN、叶酸和抗叶酸的分子机制尚不清楚。 本研究中，我们利用单克隆抗体辅助的单颗粒冷冻电镜(cryo-EM)技术分别解析了人源SLC19A1(hSLC19A1)无底物状态以及其与三种不同来源的CDN、一种还原型叶酸和一种新型抗叶酸药物的高分辨率结构。结构分析和突变体实验表明hSLC19A1以独特且不同的方式识别CDN类和叶酸类底物。hSLC19A1的12根跨膜螺旋呈现主要促进超家族(major facilitator superfamily，MFS)折叠方式，其中央极性内腔携带大量的正电荷。两个CDN分子通过碱基间的堆叠和氢键互作，以及碱基与磷酸基团之间的氢键互作形成一个紧密而精巧的二聚体单元结合在hSLC19A1中央极性腔底部，而叶酸和抗叶酸却以单体形式结合在极性腔中上部。CDN与叶酸/抗叶酸占据了 hSLC19A1完全不同的区域，CDN的磷酸糖环与叶酸/抗叶酸的谷氨酸基团存在轻微的空间位阻。总的来说，我们的研究揭示了 hSLC19A1独特且多样的底物识别机制，为hSLC19A1活性丧失和疾病相关突变体的精确定位和潜在机制的解释提供了基础，并为新一代CDN类药物和抗叶酸药物的开发提供了新思路。
NETL