在人体内，存在着后生动物中规模最为庞大的一类转录因子—核受体。核受体调控着大量基因的表达，如异常将成为了癌症和如糖尿病等多种代谢性疾病的分子开关。截至2020年4月，美国食品药品监督管理局 (FDA)批准的药物中，13％是靶向核受体的。然而目前开发的药物专一性差、副作用明显，有些甚至会引起严重的心脏衰竭。因此，了解核受体对基因的选择机制以及针对核受体特异性抑制剂的开发成为了生物医药领域亟待解决的重点科学问题。

近日，我院陈忠周教授课题组在Nucleic Acids Research在线发表了题为Structures of human TR4_LBD-JAZF1 and TR4_DBD-DNA complexes reveal the molecular basis of transcriptional regulation的研究论文。该研究利用蛋白质晶体学手段解析了五个蛋白质三维结构，包括核受体TR4与靶DNA以及TR4与特异性抑制剂JAZF1的四个复合物结构。同时结合体外生化实验和细胞学研究揭示了TR4底物选择和活性抑制的新机制。

 Figure 1. TR4通过多种途径对靶DNA进行识别

研究人员首先通过对TR4-DNA复合物结构进行分析发现TR4通过多种途径对靶基因DNA进行识别，其次利用EMSA和MST等生化实验明确了TR4识别的靶基因序列特征。研究者还通过设计大量的突变实验明确了参与TR4和靶DNA相互选择的关键位点。

JAZF1蛋白可以抑制TR4介导的转录激活而不抑制其它核受体，成为TR4特异性抑制剂的首要选择。然而JAZF1是如何在众多核受体中只抑制TR4的功能呢？为了解释这个问题，作者解析了TR4-JAZF1复合物结构，发现JAZF1并非结合在传统的共抑制剂蛋白结合位点，而是结合在一个独特的新口袋，这个新口袋涉及核受体家族中鲜有报道的α13螺旋结构，经序列比对分析后发现，α13螺旋结构几乎是TR4所独有的，解释了为什么TR4是JAZF1专一的目标受体蛋白。同时，参与共激活剂识别的TR4 AF-2螺旋被JAZF1牢牢锁定，使得TR4无法招募共激活剂以形成活性的转录起始复合物。JAZF1抑制肽段的结构和作用细节的揭示将极大推动TR4相关疾病的肽类和抗体类药物的研发进程。

Figure 2. JAZF1抑制TR4对共激活剂的招募

Figure 3. TR4参与靶基因转录调节的工作模型

综上所述，TR4对底物的选择机制以及TR4活性的抑制机制被揭示。除此之外，陈忠周课题组还利用小角散射实验确定了复合物在溶液中的聚集状态；利用双荧光素酶报告基因实验确定了TR4和JAZF1在体内的关键致癌位点信息。这些结构信息和体内外的实验结果将有助于更好地理解TR4在癌症和糖脂代谢异常等疾病中发挥作用的机理以及推进针对TR4抗病药物的研发。

我院博士研究生刘云龙为本文的第一作者，陈忠周教授为本文的通讯作者。清华大学晶体学平台李敏老师，中科院药用植物研究所徐超群老师，浙江大学邵逸夫医学院李恭会教授、夏李群老师，以及美国科罗拉多大学安舒茨医学分校戴绍东教授等为本研究提供了帮助。该研究得到了国家重点研发计划 (2018YFE0113100)、国家自然科学基金 (31872713，32071210)以及农业生物技术国家重点实验室开放课题 (2022SKLAB6-2)资助。还得到上海光源多个线站的帮助。  

        文章链接：https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkac1259/6991037