結直腸癌中IGFBP7生物學效應的結構機制解析

《結直腸癌中IGFBP7生物學效應的結構機制解析》是依託浙江大學，由阮文靜擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：結直腸癌中IGFBP7生物學效應的結構機制解析
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：阮文靜
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

本實驗室通過前期一系列研究發現IGFBP7在結直腸癌中是個重要的抑癌基因，但其發揮抑癌作用的結構機制並不明確。本項目以IGFBP7與胰島素的高結合性能為切入點，藉助交叉學科的優勢，依據並結合現有的同源建模、docking分析、in silico單分子實驗、高通量勢場建模等方法，預測IGFBP7與胰島素的結合片段以及關鍵結合胺基酸。依據預測結果，構建截斷、突變蛋白，檢測其與胰島素的結合能力，明確IGFBP7與胰島素結合的結構域, 為設計藥物調節IGFBP7與這些因子的結合力奠定堅實基礎。同時將檢測與胰島素結合能力改變的突變蛋白在結直腸癌中的生物學效應, 推斷IGFBP7與胰島素的結合在結直腸癌中的作用，初步明確IGFBP7發揮抑癌生物學效應的關鍵結構機制，為下一步尋求準確的靶標打下基礎。

結題摘要

IGFBP7是與胰島素高親和力的分子，前期實驗我們發現了IGFBP7是結直腸癌的關鍵抑癌分子，本項目旨在通過探索IGFBP7與胰島素的關鍵結合分子機制及其在結直腸癌中的生物學效應，進而明確IGFBP7在結直腸癌發揮抑癌效應的結構機制。我們計算機模擬預測發現IGFBP7與胰島素結合的關鍵位點是Arg198和Hse200位點，並通過相互作用勢能計算證實。我們對三組突變體198Glu，200Phe及198Glu200Phe的IGFBP7與insulin的結合自由能進行了計算，我們發現198Glu200Phe體系與insulin間的結合最弱，相互作用因突變而被切斷。而對於單點突變體系，除Arg198，Hse200兩處位點外，IGFBP7的末端Asp242（198Glu體系為Glu241）與insulin的Arg22具有很強的氫鍵，突變後的IGFBP7與insulin仍具有彼此自髮結合的趨勢，提示可能由於IGFBP7的末端殘基柔性較大，可以對IGFBP7識別insulin起到保護作用，使二者的識別具有一定魯棒性，從而保證其生物功能。上述發現得到了分子生物學的驗證。我們構建並表達了198Glu突變蛋白M1, 198Ile200Phe突變蛋白M2, His200-Phe突變蛋白H200F, 並用Dot blot, Pull Down實驗檢測了其與胰島素的結合能力，我們發現兩點突變蛋白M2與胰島素的結合能力明顯下降, 而單點突變蛋白的結合能力並未明顯減弱。我們進一步檢測了IGFBP7突變蛋白在結直腸癌細胞的生物學效應。發現與野生型IGFBP7蛋白相比，IGFBP7-M2突變蛋白使胰島素刺激的ERK磷酸化程度增強，也提示IGFBP7-M2可能由於與胰島素結合能力減弱這一特點，而促使胰島素更好地發揮後續生物學效應。同時我們也發現未經胰島素刺激的結直腸癌細胞中，IGFBP7-M2可以引起ERK磷酸化，提示IGFBP7-M2本身可能有結合胰島素之外的獨立的生物學特性，可能通過非胰島素結合的途徑影響後續效應。通過該項目的實施，我們發現了IGFBP7與胰島素的結合分子機制，發現結直腸癌細胞中，IGFBP7通過與胰島素結合發揮後續生物學效應，阻斷結合會逆轉部分生物學效應。IGFBP7與胰島素結合機制的發現為與胰島素通路密切相關的腫瘤、糖尿病等重大疾病的藥物設計提供了靶標。