清華新聞網(wǎng)5月7日電 近日，清華大學(xué)藥學(xué)院陳立功團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)院物理研究所、東北農(nóng)業(yè)大學(xué)等多單位合作，在研究中首次解析了人源核黃素（維生素B2）轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白R(shí)FVT2和RFVT3與核黃素復(fù)合物的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，揭示了核黃素識(shí)別和轉(zhuǎn)運(yùn)的分子機(jī)制，為理解相關(guān)生理過(guò)程和疾病機(jī)制提供了關(guān)鍵結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。
核黃素（維生素B2）作為許多酶的關(guān)鍵輔助因子前體，在細(xì)胞生長(zhǎng)和功能中發(fā)揮著不可或缺的作用。人體無(wú)法自身合成核黃素，其攝取、分布和代謝依賴于三種核黃素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（RFVT1-3）。然而，科學(xué)界對(duì)于這些轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白如何識(shí)別和轉(zhuǎn)運(yùn)核黃素，以及RFVT3在低pH下活性增強(qiáng)的機(jī)制此前并不清楚。
研究團(tuán)隊(duì)首先對(duì)RFVT2和RFVT3的功能特性進(jìn)行了深入研究，發(fā)現(xiàn)它們雖對(duì)核黃素具有相似的特異性，但pH依賴性存在明顯差異。為了進(jìn)一步探究其結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地利用GFP和納米抗體作為標(biāo)記，成功解析了RFVT2處于外向封閉狀態(tài)、RFVT3處于內(nèi)向開放狀態(tài)時(shí)與核黃素復(fù)合物的高分辨率冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。通過(guò)結(jié)構(gòu)分析和定點(diǎn)突變實(shí)驗(yàn)，明確了核黃素在轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白中的結(jié)合位點(diǎn)及關(guān)鍵相互作用殘基，還發(fā)現(xiàn)了RFVT3中兩個(gè)酸性殘基D119和E145決定其pH 依賴性活性的重要機(jī)制。
圖1.RFVTs識(shí)別和轉(zhuǎn)運(yùn)核黃素機(jī)制。A-C.RFVTs向外和向內(nèi)構(gòu)象分析；D-E.pH5.5和pH7.5條件下RFVT2和RFVT3對(duì)核黃素的攝取曲線；F.RFVTs攝取核黃素的pH依賴活性；G-H.pH5.5和pH7.5條件下RFVT3-E145Q和D119C突變體對(duì)核黃素的攝取曲線
此外，研究人員通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬，深入探討了核黃素結(jié)合引起的構(gòu)象變化以及其在不同狀態(tài)下的結(jié)合自由能差異。基于這些研究結(jié)果，團(tuán)隊(duì)提出了RFVTs轉(zhuǎn)運(yùn)核黃素的“rocker-switch”機(jī)制，完善了對(duì)其轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程的理解。
圖2. RFVTs轉(zhuǎn)運(yùn)核黃素示意圖
該研究揭示了人源核黃素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制，為深入理解核黃素代謝相關(guān)生理過(guò)程和疾病發(fā)生機(jī)制提供了理論依據(jù)，還為以RFVTs為靶點(diǎn)的藥物研發(fā)開辟了新的方向，有望為相關(guān)疾病的治療帶來(lái)新的策略。
相關(guān)研究成果以“人核黃素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制”（Structure and transport mechanism of human riboflavin transporters） 為題，于5月1日發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）。
中國(guó)科學(xué)院物理研究所姜道華研究員、清華大學(xué)藥學(xué)院陳立功教授和東北農(nóng)業(yè)大學(xué)姜巨全教授為論文共同通訊作者；東北農(nóng)業(yè)大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院物理研究所聯(lián)合培養(yǎng)博士生王柯、中國(guó)科學(xué)院物理研究所博士后陳慧文、清華大學(xué)藥學(xué)院陳立功課題組博士后程麗麗（已出站）、北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院研究員趙珺、北京望石智慧科技有限公司黃博為論文的共同第一作者。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、北京市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的資金支持，清華大學(xué)藥學(xué)技術(shù)中心提供了質(zhì)譜測(cè)試。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-025-59255-7
供稿：藥學(xué)院
編輯：李華山
審核：郭玲
