细胞质硒蛋白硫氧还蛋白还原酶 （TXNRD1, thioredoxin reductase 1）是维持高等生物包括人类细胞内氧化还原平衡的关键酶。TXNRD1的不同亚基（subunit）和结构域 （motif）在其电子传递中扮演不可或缺的角色。德国科学家Katja Becker最早报道了导向杆基序 （guiding bar motif）及其保守性，之后获得和解析了人源TXNRD1与生理底物TXN1的共聚物蛋白晶体，并在2011年Nature Communications刊文报道了guiding bar其对TXNRD1还原活性有深刻影响。许建强课题组研究人员根据前期研究结果进行大胆推测，guiding bar结构域趋近活性C端redox motif，介导或限制C末端催化尾部（C-term tail）灵活摆动，可能对TXNRD1电子传递和硒代半胱氨酸（selenocysteine, Sec）的反应活性及抑制剂结合产生重要影响，很可能是高等生物硒酶TXNRD1调控内部电子传递流稳态和维持活性中心功能的决定因素。

2020级本科生时武阳同学在入学后不久，进入课题组并选择Guiding bar课题开始探索学习。在学长学姐的帮助下，时武阳深入了解该结构域如何参与硫氧还蛋白还原酶的催化过程，制定切实可行的实验计划；通过制备系列guiding bar单氨基酸突变体，利用三维荧光扫描（EEM）、差示扫描荧光（DSF）、酶促动力学分析等研究方法手段，详细讨论TXNRD1突变体的理化性质和催化活性，实验结果表明guiding bar结构域通过与辅酶FAD相互作用，调节硒酶电子传递和催化活性。同时，研究表明guiding bar区域高度富集的芳香族氨基酸是维持TXNRD1热稳定的关键残基。

接下来，许建强课题组研究人员探究了胞膜窖蛋白caveolin-1与TXNRD1之间的相互作用，发现TXNRD1的caveolin-1 binding motif （CBM）定位于guiding bar结构域；通过合成caveolin-1 scaffolding domain的多肽与多个对照肽，验证了其与TXNRD1的结合和抑制TXNRD1的活性过程；并揭示这一效应依赖于CSD多肽的空间结构和序列完整性。此外，国际上先进科研实验室2022年在Cell Reports上报道了LCS3是TXNRD1和GSR的可逆抑制剂，可以选择性杀伤非小细胞肺癌细胞。这一细胞研究报告，预测了LCS3可能与酶guiding bar结构域内的残基结合进而发挥抑制作用。然而，课题组研究人员发现突变体在LCS3作用下较野生型比并无显著差异，这表明LCS3对硒酶TXNRD1的抑制效应并不依赖于TXNRD1的guiding bar结构域。

本研究成果以Article长文形式发表在中国科学院一区TOP国际学术期刊Redox Biology（氧化还原生物学杂志，影响因子11.4）。大连理工大学化工海洋与生命学院2020级生物科学专业本科生时武阳、课题组研究助理孙世博、2022级硕士生柳昊雯是文章的共同第一作者，已毕业的吴嘉琪学士（复旦大学在读博士）、张岳硕士（校优）曾参与此项工作，许建强副教授是文章的唯一通讯作者。 本研究项目受到国家自然科学基金（U22A20455，31670767）和大连理工大学中央高校基本科研业务费项目（DUT21LK29，DUT20LK36，DUT17JC36）等经费大力支持。

论文信息：

Wuyang Shi^#, Shibo Sun^#, Haowen Liu^#, Yao Meng, Kangshuai Ren, Guoying Wang, Minghui Liu, Jiaqi Wu, Yue Zhang, Huang Huang, Meiyun Shi, Weiping Xu, Qiang Ma, Bingbing Sun, Jianqiang Xu*. Guiding bar motif of thioredoxin reductase 1 modulates enzymatic activity and inhibitor binding by communicating with the co-factor FAD and regulating the flexible C-terminal redox motif. Redox Biology. 2024, 70:103050. (中国科学院一区 TOP期刊，JCR_Q1, SCI_IF 11.4)

https://doi.org/10.1016/j.redox.2024.103050

图片：许建强

审核：王天舒