清华大学最新《Science》

胶原蛋白作为细胞外基质（ECM）的基本组分，在包括骨、肌腱、软骨、皮肤、角膜和玻璃体在内的软硬结缔组织中作为主要结构元件。胶原蛋白中经典的-Gly-X-Y-重复序列，其中X和Y通常为脯氨酸和4-羟脯氨酸，指导三条α链折叠成右手三螺旋结构。

在三螺旋形成之前，胶原蛋白在内质网（ER）中经历一系列有序的翻译后修饰，包括脯氨酸和赖氨酸（Lys）残基的羟化以及羟赖氨酸（Hyl）的糖基化。在细胞内加工并折叠成三螺旋后，胶原蛋白分子被分泌到细胞外空间，在那里它们组装成高阶结构，赋予结缔组织结构完整性和机械强度。

在脊椎动物中，已鉴定出28种不同的胶原蛋白类型，并根据其超分子结构、结构特征和生物学功能进行分类。纤维形成性胶原蛋白，包括I、II、III、V、XI、XXIV和XXVII型，代表了最丰富的家族，占人体总胶原蛋白的近90%。

尽管具有根本的生理重要性，天然胶原纤维的高分辨率结构仍未得到解析，这主要是由于其固有的结构复杂性和异质性的纤维直径。

玻璃体胶原的冷冻电镜结构（图源自Science）

在该工作中，研究人员展示了从猪玻璃体中分离的天然胶原纤维的高分辨率结构。每个67 nm周期性单元包含II、V/XI和IX型胶原的三螺旋，以及与非胶原糖蛋白opticin相关联。观察到广泛的O-连接糖基化，由-Gly-X-Hyl-序列模式中Hyl残基上的葡糖基半乳糖基修饰组成，稳定了纤维中的螺旋间堆积。

该结果揭示了天然玻璃体胶原纤维的分子结构和组装原理，为胶原相关疾病的发病机制提供了见解，并为设计和工程化胶原基生物材料建立了结构框架。

本论文第一作者为清华大学生命科学学院博士研究生娄鑫垚，丛野博士为共同第一和共同通讯作者，博士研究生许雨茜为共同第一作者，实验室博士生刘雅昭和清华大学冷冻电镜平台李英工程师对本研究提供了重要帮助。论文最后通讯作者为清华大学闫创业副教授，清华-北大联合中心研究员。研究依托北京生物结构前沿研究中心、清华大学膜生物学国家重点实验室、清华北大联合生命科学中心冷冻电镜平台完成。

参考消息：https://www.science.org/doi/10.1126/science.aec2906