Sialin是溶质载体17 (SLC17)转运蛋白家族的一员，它不仅可以通过pH驱动机制转运唾液酸，还可以通过膜电位驱动机制转运单酸和双酸神经递质，如谷氨酸和N-乙酰甲氨基谷氨酸(NAAG)进入突触囊泡。虽然大多数转运蛋白利用其中一种机制，但Sialin如何利用这两种机制运输底物的结构基础尚不清楚。
2024年5月23日，德克萨斯大学西南医学中心分子李晓淳团队在Nature Communications在线发表题为“Structure and inhibition of the human lysosomal transporter Sialin”的研究论文，该研究展示了人Sialin的冷冻电镜结构：载脂蛋白细胞质开放，载脂蛋白管腔开放，NAAG结合和抑制剂结合。
结构表明，带正电荷的细胞质开放前庭可容纳NAAG或Sialin抑制剂Fmoc-Leu-OH，而其腔体可能结合唾液酸。此外，功能分析和分子动力学模拟鉴定了结合唾液酸和NAAG的关键残基。因此，该研究揭示了NAAG和唾液酸运输的基本构象状态，展示了SLC17转运体的工作模型。
另外，2023年10月17日，德克萨斯大学西南医学中心分子李晓淳及齐晓峰共同通讯在Cell在线发表题为“Molecular basis of Wnt biogenesis, secretion, and Wnt7-specific signaling”的研究论文，该研究通过对参与中枢神经系统血管生成和血脑屏障维持的Wnt7a的结构和功能分析，阐明了Wnt7a的生物发生原理和Wnt7特异性信号传导。Wnt7a-WLS复合物与钙网蛋白(CALR)结合，揭示了在Wnt生物发生过程中，CALR作为伴侣促进Wnt从PORCN转移到WLS。结构、功能分析和分子动力学模拟表明，Wnt结合WLS的核心磷脂调节Wnt和WLS之间的关联和解离，提示脂质介导的Wnt分泌机制。最后，Wnt7a与细胞表面Wnt7共受体RECK结合的结构揭示了RECKCC4如何参与Wnt7a的N端结构域来激活Wnt7特异性信号传导。
2023年9月28日，德州大学西南医学中心李晓淳及Eric Olson共同通讯在Nature Structural & Molecular Biology上发表了题为“Cryo-EM structures of Myomaker reveal a molecular basis for myoblast fusion”的研究论文，该研究报道小鼠Myomaker (mMymk)和Ciona robusta Myomaker (cMymk)的冷冻电镜结构。Myomaker含有7个跨膜螺旋(TMs)，采用G蛋白偶联受体样折叠。TMs 2-4形成二聚体界面，而TMs 3和5-7创建一个脂质结合位点，保持磷脂的极性头部，并允许烷基尾部插入Myomaker。cMymk和mMymk的相似性表明myomaker介导的细胞融合机制在进化上遥远的物种中是保守的。功能分析证明了二聚体界面和脂质结合位点对融合活性的重要性，异源细胞-细胞融合实验显示了Myomaker原蛋白的跨细胞相互作用对成肌细胞融合的重要性。总之，该研究的发现为成肌细胞融合的过程提供了结构和功能上的见解。
2023年5月23日，美国圣裘德儿童研究医院李佳学及德克萨斯大学西南医学研究中心李晓淳共同通讯在Cell上发表了题为“Structural and Functional insight into Spns2-mediated transport of sphingosine-1-phosphate”的文章，该研究报道了淋巴管/血管内皮细胞中由 Spns2介导的磷酸鞘氨醇的转运机制。
2022年9月15日，斯坦福大学医学院冯亮、加州大学圣克鲁斯分校Glenn Millhauser及德克萨斯西南医学研究中心李晓淳共同通讯在Cell上发表了题为“Structure and mechanism of human cystine exporter cystinosin”的文章，该研究报道了溶酶体胱氨酸的转运机制。
2022年7月13日，德克萨斯大学西南医学中心分子李晓淳团队在Nature在线发表题为“Mechanisms and inhibition of Porcupine-mediated Wnt acylation”的研究论文，该研究报告了人类 PORCN 的四种冷冻电子显微镜结构：与棕榈油酰辅酶 A (palmitoleoyl-CoA) 底物的复合物；与目前处于临床试验中的抗癌药物 PORCN 抑制剂 LGK974 的复合物；具有 LGK974 和 WNT3A 发夹 2 (WNT3Ap) 的复合物；以及与合成的棕榈油酰化 WNT3Ap 类似物的复合物。这些结构表明，在所有 Wnt 配体中都非常保守的 WNT3A 的发夹 2 从管腔侧插入 PORCN，而棕榈油酰辅酶 A 从胞质侧进入酶。催化组氨酸触发不饱和棕榈油酰基转移到 Wnt 发夹 2 上的目标丝氨酸，这得益于两个底物的接近。抑制剂结合结构表明 LGK974 占据了棕榈油酰辅酶 A 结合位点以阻止反应。因此，这项工作为 Wnt 酰化提供了一种机制，并推动了用于癌症治疗的 PORCN 抑制剂的开发。
溶酶体在细胞废物管理中起着至关重要的作用，通过分解和回收由内吞作用吸收的细胞外物质和废弃的细胞内部成分和聚集体。溶酶体转运蛋白的功能障碍可导致罕见的遗传性疾病，即溶酶体贮积病(LSDs)。了解这些关键的大分子转运系统的机制将有助于未来的治疗发展，以治疗其相关的LSDs。Sialin是一种独特的膜转运体，它转运的底物种类和转运机制都不同。它最初被认为是在溶酶体的糖蛋白和糖脂降解后，将游离唾液酸从溶酶体腔内输入胞质溶胶的主要转运体。Sialin突变可导致游离唾液酸在溶酶体腔内积聚，导致两种破坏性的神经退行性唾液酸储存疾病：Salla病和婴儿唾液酸储存病(ISSD)。
Sialin (SLC17A5)属于溶质载体17 (SLC17)转运蛋白亚家族，该亚家族包括9个相关的跨膜主要设施超家族(MFS)转运蛋白，这些转运蛋白均致力于阴离子运输，包括泡状谷氨酸转运蛋白1-3 (VGLUT1-3)和泡状核苷酸转运蛋白(VNUT)。Sialin是SLC17家族中唯一一个运输唾液酸的蛋白，也是唯一一个普遍表达的蛋白。虽然Sialin最初被确定为唾液酸转运蛋白，但一些研究表明，它实际上可以转运多种其他底物，包括硝酸盐和神经递质天冬氨酸、谷氨酸和N-乙酰天冬氨酸谷氨酸(NAAG)。
唾液酸除了是在各种细胞过程中被利用的关键N端聚糖外，在人脑中也很丰富，在神经传递和参与突触发生的神经节苷脂结构中起着至关重要的作用。NAAG通过激活突触前代谢性谷氨酸受体作为谷氨酸能突触的神经调节剂。一项动物研究表明，Sialin缺乏小鼠脑内NAAG水平下降，提示Sialin是NAAG的主要囊泡转运体。因此，Sialin被认为是神经元活动中必不可少的转运体。
Sialin的工作模型（图源自Nature Communications）
Sialin利用pH梯度将唾液酸和硝酸盐从溶酶体腔输送到细胞质。先前的研究表明，唾液酸的传输依赖于质子偶联的电子中性过程，具有1:1(唾液酸:H+)的化学计量，并且这种传输不干扰膜电位或其他无机离子梯度。相比之下，先前的实验表明Sialin采用膜电位(Δψ)驱动机制，而不是pH梯度机制，将神经递质(如天冬氨酸、谷氨酸和NAAG)从细胞质溶胶转运到突触囊泡。
尽管已经研究了VGLUT217和DgoT18 (SLC17转运体的细菌同源物)的结构，最近报道了Sialin的载子细胞质开放结构，但仍不清楚Sialin如何识别其不同的底物以及它如何经历其构象变化。该研究使用冷冻电子显微镜(cryo-EM)以2.8 Å分辨率捕获了人Sialin的多种状态，以阐明Sialin在溶酶体和突触囊泡中的运输周期。
李晓淳，现在美国西南医学中心分子遗传系任职。2004-2012年就读于清华大学获得理学学士和博士学位，导师施一公教授；2012-2017在美国洛克菲勒大学从事博士后研究，导师Günter Blobel为1999年诺贝尔生理学或医学奖得主。2017年6月就职于美国西南医学中心分子遗传系任助理教授，开展独立科研工作，利用结构生物学和生物化学手段研究胆固醇的生物合成和信号转导。在Science，Nature，PNAS等（其中包含Science2篇，Nature 8篇及Cell3篇）发表文章达到40篇。
参考消息：
https://www.nature.com/articles/s41467-024-48535-3
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