EMBO J | 南方科技大学龚欣团队报道真核生物神经酰胺合成酶的首个原子分辨率冷冻电镜结构

鞘氨醇合酶（CerS）通过使用脂肪酰-CoA对鞘基进行N-酰化来催化鞘氨醇的形成，是治疗多种代谢性疾病和癌症的理想药物靶点。

2023年11月13日，南方科技大学龚欣团队在 EMBO Journal 在线发表题为“Structure and mechanism of a eukaryotic ceramide synthase complex”的研究论文，该研究展示了酵母CerS复合物的冷冻电镜结构，包括一个催化的Lac1亚基和一个调控的Lip1亚基，与C26-CoA底物结合。CerS酶全酶存在为Lac1-Lip1异二聚体。

Lac1包含一个亲水的反应腔室和一个亲脂的通道，分别用于结合C26-CoA的CoA基团和C26-酰链。Lip1与Lac1的跨膜区域和最后的胞内环一起相互作用，以维持适当的酰链结合通道。Lac1上的侧向开口作为鞘基底物的潜在入口。总之，该研究为理解真核生物鞘氨醇合酶的工作机制提供了一个模板，可能有助于开发治疗性的CerS调节剂。

鞘氨醇是复杂鞘脂类的组成部分，也是所有真核生物中的一种关键信号分子，调控着多种细胞过程，如凋亡、衰老、增殖和分化。然而，鞘氨醇的异常积累是许多人类代谢性疾病的标志，例如肥胖、糖尿病和心血管疾病。鞘氨醇主要在内质网中由鞘碱基通过与脂肪酰-CoA的反应，通过鞘碱N-酰转移酶，也被称为鞘氨醇合酶（CerSs）合成。CerS酶是治疗多种代谢性疾病，如肥胖、胰岛素抵抗、心血管疾病和非酒精性脂肪肝病（NASH），以及癌症的有望靶点。

CerS酶最早是在20多年前在酿酒酵母中被鉴定的，那里有两个明显的成员，Lag1和Lac1，这两者都是脂肪酰-CoA依赖的鞘氨醇合成反应所需的。Lag1和Lac1都催化鞘碱基[dihydrosphingosine（DHS）或phytosphingosine（PHS）]与首选的C26-CoA反应，生成C26-dihydroceramide或C26-phytoceramide。后来的研究揭示了一个调控的Lip1亚单位与催化亚单位Lag1或Lac1形成复合物，无论在体内还是体外都需要Lip1对CerS活性。然而，Lip1在鞘氨醇合成反应中的确切作用尚不清楚，而在哺乳动物中未发现Lip1的明显同源物。

模式机理图（

源自 EMBO Journal ）

哺乳动物含有六种不同的CerS同工酶（CerS1-6），每种同工酶都强烈偏爱特定亚基链长度在C14到C26之间变化的一组脂肪酰-CoA底物。已经明确，不同脂肪酰链长度的鞘氨醇种类执行着不同的生物学功能。位于最后两个跨膜螺旋之间的一个11氨基酸序列已被证明确定了哺乳动物CerS的脂肪酰链特异性。然而，这个区域如何控制脂肪酰链特异性的机制细节仍待进一步研究。CerS家族成员共享一个大约200个氨基酸残基的共同的多跨膜TRAM-Lag-CLN8（TLC）结构域，这个结构域在其他蛋白质家族中也被发现。

CerS家族的TLC结构域中包含一个保守的52个残基的拉格1p结构，但在另外两个TLC结构域家族中没有发现。对于CerS的结构信息的缺乏在很大程度上限制了对CerS功能的机制理解。该研究报道了真核生物CerS的首个原子结构，即酵母Lac1-Lip1复合物，与C26-CoA底物结合，总体分辨率为3.09 Å，由单颗粒冷冻电镜确定。作者还建立了一个体外生化测定法来测量CerS活性。结合结构引导的突变分析，该研究为理解真核生物CerS的结构-功能关系奠定了基础。

该项研究的共同第一作者是南方科技大学生命科学学院研究副教授谢田和博士研究生方琪，通讯作者是龚欣，南科大是论文第一单位。该研究得到了国家自然科学基金、广东省科技厅和深圳市科创委的资助。冷冻电镜数据收集和处理均在南方科技大学冷冻电镜中心完成，并获得了中心的大力支持。

原文链接：

https://doi.org/10.15252/embj.2023114889

转自：“iNature”微信公众号

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