该研究的主要作者是Sarvenaz Sarabipour和Kalina Hristova，他们来自约翰霍普金斯大学材料科学与工程系。该研究于2016年1月4日发表在《Nature Communications》期刊上。

学术背景

该研究聚焦于成纤维细胞生长因子受体（Fibroblast Growth Factor Receptors, FGFRs）的二聚化（dimerization）和激活机制。FGFRs是一类重要的受体酪氨酸激酶（Receptor Tyrosine Kinases, RTKs），在细胞生长、分化和发育中起关键作用。尽管FGFRs的激活机制已有广泛研究，但关于其二聚化的具体机制，尤其是在无配体（ligand）存在时的二聚化状态，仍存在许多未解之谜。研究旨在揭示FGFRs在无配体情况下的二聚化行为，以及配体结合后如何触发结构变化并影响受体磷酸化（phosphorylation）。

研究流程

研究分为多个步骤，详细如下：

1. FGFRs无配体二聚化的定量分析
   研究者使用了一种基于荧光共振能量转移（Förster Resonance Energy Transfer, FRET）的技术，称为“定量成像FRET”（Quantitative Imaging FRET, QI-FRET），来量化全长的FGFR1、FGFR2和FGFR3在无配体情况下的二聚化。实验在哺乳动物细胞来源的质膜囊泡中进行，囊泡由脂质和蛋白质组成，模拟了质膜的环境。通过将单体荧光蛋白YFP或mCherry融合到FGFRs的C端，研究者能够测量受体之间的物理相互作用。实验分析了800-1200个囊泡，得出了二聚化曲线，并计算了二维解离常数（Kdiss）和结构参数“固有FRET”（intrinsic FRET）。

2. FGFRs各结构域对二聚化的贡献
   为了确定FGFRs各结构域对二聚化的贡献，研究者构建了两种截短版本的受体：一种仅包含细胞外结构域（EC）和跨膜结构域（TM），另一种仅包含跨膜结构域。通过QI-FRET技术，研究者发现跨膜结构域本身具有强烈的二聚化倾向，而细胞外结构域对二聚化有抑制作用。此外，细胞内结构域（IC）对二聚化的贡献因受体类型而异。

3. 配体结合后FGFRs的结构变化
   研究者进一步研究了配体FGF1和FGF2结合后FGFRs的结构变化。实验表明，配体结合触发了跨膜结构域的构象变化，导致细胞内结构域之间的距离发生变化。FGF2结合后，跨膜结构域之间的分离最小，磷酸化水平最高。研究者还发现，FGF1和FGF2结合后，FGFRs的磷酸化水平存在显著差异，FGF2结合后的磷酸化水平比FGF1结合后高出20-40%。

4. 致病性突变的影响
   研究者还探讨了FGFR3跨膜结构域中的致病性突变A391E对受体二聚化和磷酸化的影响。该突变模拟了FGF2的作用，将FGFR3二聚体锁定在其最活跃的状态，导致不受调控的信号传导。

主要结果

1. 无配体二聚化
   实验证实，FGFRs在无配体情况下也能形成二聚体，并且这些二聚体已被磷酸化。FGFR3的二聚化倾向最强，而FGFR1在低生理表达水平下主要为单体。

2. 配体结合后的结构变化
   配体结合后，FGFRs的跨膜结构域发生构象变化，导致细胞内结构域之间的距离发生变化。FGF2结合后，跨膜结构域之间的分离最小，磷酸化水平最高。

3. 致病性突变的影响
   A391E突变模拟了FGF2的作用，将FGFR3二聚体锁定在其最活跃的状态，导致不受调控的信号传导。

结论

该研究揭示了FGFRs在无配体情况下的二聚化行为，以及配体结合后如何触发结构变化并影响受体磷酸化。研究还发现，不同的配体（如FGF1和FGF2）可以诱导不同的二聚体构象，从而导致不同的磷酸化水平和生物学效应。此外，致病性突变A391E通过模拟FGF2的作用，导致不受调控的信号传导，揭示了FGFR相关疾病的分子机制。

研究亮点

1. 重要发现
   研究首次证实了FGFRs在无配体情况下的二聚化行为，并揭示了配体结合后如何触发结构变化并影响受体磷酸化。

2. 方法创新
   研究使用了QI-FRET技术，该技术能够定量分析膜蛋白的二聚化行为，为研究膜蛋白相互作用提供了新的工具。

3. 应用价值
   研究结果不仅深化了对FGFRs激活机制的理解，还为FGFR相关疾病的治疗提供了新的思路。

其他有价值的内容

研究还探讨了FGFRs跨膜结构域中的GxxxG-like motifs在二聚化中的作用，发现这些基序在FGF1结合后的二聚体构象中起重要作用。此外，研究还通过分子建模解释了A391E突变如何通过形成稳定的氢键来锁定FGFR3二聚体。

总体而言，该研究为理解FGFRs的激活机制提供了新的视角，并为相关疾病的治疗提供了潜在靶点。