人源胞浆NADP-IDH(IDH1)是一种NADP依赖型的异柠檬酸脱氢酶,以二聚体的形式发挥功能。最近的研究结果表明,IDH1基因的突变与神经胶质瘤、急性白血病、前列腺癌以及结肠癌的发生密切相关,而目前为止所有已检测到的氨基酸突变均发生在第132位的精氨酸残基上,并且R132H是最常见的一种突变。当第132位精氨酸发生突变之后,IDH1催化ICT氧化脱羧生成αKG的能力大大下降,但却同时获得了将αKG还原成2HG的新功能。　　 我们解析了IDH1的R132H同源二聚突变体(IDH1H/H)和R132H异源二聚突变体(IDH1W/H)在不同底物结合状态的晶体结构,通过对结构的分析比较,我们发现与野生型IDH1相比,突变体在与NADP结合的状态下同样呈现开放的非活性状态,同时两个与功能相关的重要结构片段的柔性增加；而在NADP和ICT共同结合的情况下,不仅这两个重要的结构片段柔性增加,并且突变体的整体结陶仍维持在开放的非活性状态,而不是野生型结合ICT及NADP时的闭合状态。阳应地,在突变体的复合物结构中,ICT结合在一个非活性中心的新位置,进一步针对此新结合位点进行的点突变、酶促动力学和等温微量滴定量热(ITC)实验的结果提示这一位点很可能是ICT的初始结合位点。基于一系列的生化实验结果,我们推测在野生型IDH1蛋白中,ICT会先结合在初始结合位点,继而通过与相关氨基酸(如Arg132、Arg109)的相互作用拉动酶的大结构域向小结构域靠拢,使酶从开放的非活性状态转化成闭合的活性状态,同时促使重要的结构片段从无序状态形成有序的α-螺旋。而当Arg132突变成His后,对该过程中的结构域间的相互运动以及结构片段的有序化都会产生很大的影响,从而使得这种从开放到闭合的状态变化变得非常困难,这也是我们能够捕捉到ICT结合在初始位点的中间状态的分子基础。　　 另一方面,通过对野生型IDH1底物四元复合物(IDH1W/W-NADP-ICT-Ca2+)、产物四元复合物(IDH1W/W-NADPH-αKG-Ca2+)以及IDP1p的产物四元复合物(IDP1p-NADPH-αKG-Ca2+)的结构比较,我们发现Arg132的突变会使前催化状态(结合了所有反应物的状态)下Tyr139的位置发生显著变化,而这一变化使得Tyr139可以通过稳定氢负离子从NADPH向αKG转移过程中C2原子上的负电荷而使IDH1获得生成2HG的新功能。我们的这一假设也进一步通过突变实验和酶活实验得到了证实。　　 野生型IDH1蛋白氧化脱羧ICT反应的产物αKG具有癌症抑制的效应,而IDH1蛋白的R132H突变体还原αKG反应的产物2HG则可能具有促进癌症发生的作用。因此,我们的工作不仅对Arg132在ICT结合所引发的构象变化中的作用机制提出了新的见解,同时也阐明了Arg132在癌症发生过程中的“开关”作用,加深了对其在癌症发生过程中的作用的理解。