北京时间7月27日，西湖大学生命科学学院、西湖实验室马丹课题组与合作团队在《自然通讯》（Nature Communications）在线发表了题为“Cryo-EM structure of human Wntless in complex with Wnt3a”的研究论文，报道了人源Wnt转运蛋白Wntless (WLS)与Wnt3a复合物2.2埃的高分辨率冷冻电镜结构。西湖大学生命科学学院特聘研究员马丹、周强为本文共同通讯作者。西湖大学的博士生钟晴、博士后赵艳雨、科研助理叶芳菲、博士生肖载宇为本文共同第一作者。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-24731-3

论文截图

Wnt蛋白是一类蛋白质信号分子，成熟的Wnt蛋白在细胞内与WLS蛋白结合，只有在转运蛋白WLS的帮助下，Wnt才能被分泌到细胞外环境中，进而与靶细胞膜表面的受体结合（图1）。如果把Wnt蛋白比作钥匙，与之匹配的膜受体就是一把锁，通过二者的结合可以激活解锁靶细胞内的一系列级联反应，并将信号传递到细胞核内调控相关基因的表达。Wnt信号通路在多细胞动物当中高度保守，在早期胚胎发育、个体生长、维持成体组织稳态以及干细胞自我更新等许多重要的生命过程中起到了重要的调节作用。Wnt信号通路中一些基因的突变将引起信号转导活动异常，从而导致包括恶性肿瘤在内的多种人类疾病。

图1. Wnt的分泌及与细胞膜表面受体的结合。a. WLS依赖的Wnt蛋白分泌途径；b. 分泌到细胞外的Wnt蛋白与细胞膜上的受体结合并激活下游信号通路。

Wnt蛋白的分泌是下游信号通路激活的关键，然而由于缺少相关蛋白精准的三维结构信息，该过程的分子机制并不是很清楚。西湖大学马丹课题组的研究方向之一就是研究Wnt蛋白的分泌机理，并以此为基础探索肿瘤等相关疾病的治疗方法。

马丹课题组及其合作团队利用单颗粒冷冻电镜技术获得了人源Wnt转运蛋白WLS与Wnt3a复合物的三维结构，Wnt3a是Wnt信号通路领域研究最为广泛的一种Wnt蛋白，该成果将对领域内的研究起到重要的推动作用。此外，小分子量且不具备对称性的膜蛋白的冷冻电镜数据处理一直是冷冻电镜研究领域内的难点，该研究中，他们突破了技术瓶颈，最终获得了整体分辨率高达2.2埃的精确三维结构模型。结构显示WLS与Wnt3a之间形成三个主要的结合区域（图2a），通过生化与功能实验验证，这些结合区域内的相互作用对WLS与Wnt3a的结合、Wnt3a的分泌以及Wnt3a下游信号通路的激活至关重要。相互作用区域的氨基酸序列在不同的Wnt和WLS当中分别高度保守（图2b），暗示WLS介导的Wnt分泌具有保守的分子机制。

图2. WLS-Wnt3a复合物三维结构模型。a. WLS-Wnt3a整体三维结构与相互作用界面；b. WLS与Wnt3a不同结构区域相应的序列保守性分析。

该项研究成果，揭示了WLS介导Wnt分泌的分子基础，能帮助更好地理解Wnt信号分子的传递以及信号通路激活的机制，是Wnt信号通路研究领域里的重要进展。同时，该研究中获得的高分辨率精确结构模型也将为针对Wnt分泌途径开发抗肿瘤药物提供重要线索。

以上研究得到西湖实验室、西湖大学冷冻电镜平台、高性能计算平台与质谱平台的大力支持。同时，本工作获得了西湖教育基金会与国家自然科学基金委的经费支持。 

马丹课题组利用冷冻电镜和X-射线晶体衍射等多种生物物理手段研究与重大人类疾病（例如肿瘤）密切相关的蛋白及蛋白质复合物的三维结构，同时结合生物化学与细胞生物学方法研究肿瘤微环境中重要生物学过程的分子机制。课题组长期招收生物化学、细胞生物学与结构生物学背景以及具有动物实验操作经验的博士后、科研助理。简历请投递至：madan@westlake.edu.cn。