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科研進展

2021年11月11日
中國科大揭示Lon蛋白酶在單個蛋白水解位點對底物進行持續切割

Lon蛋白(bai)(bai)(bai)酶(mei)是一種高度保守的(de)蛋白(bai)(bai)(bai)酶(mei),存在(zai)于(yu)細(xi)菌、古菌和真核細(xi)胞(bao)器中(zhong)。細(xi)菌Lon通(tong)過降解異(yi)常蛋白(bai)(bai)(bai),在(zai)蛋白(bai)(bai)(bai)質穩態(tai)的(de)質量(liang)控制中(zhong)發(fa)揮著關鍵作用(yong),同時(shi)通(tong)過降解應(ying)激反應(ying)、毒力和群體行為相關的(de)特定(ding)調(diao)節蛋白(bai)(bai)(bai),在(zai)特定(ding)的(de)細(xi)胞(bao)生理控制中(zhong)發(fa)揮著關鍵作用(yong)。

Lon組裝成同源(yuan)六聚體復(fu)合物,每個(ge)(ge)單體中包括共價連接的N端區域(yu)、AAA+(與(yu)多種細胞活(huo)動相關的ATP酶(mei)(mei))域(yu)和蛋白酶(mei)(mei)域(yu)。晶體結構(gou)(gou)表(biao)(biao)明,AAA+和蛋白酶(mei)(mei)結構(gou)(gou)域(yu)形成一個(ge)(ge)封閉的腔室,六個(ge)(ge)ATP酶(mei)(mei)位點朝外,六個(ge)(ge)蛋白水解活(huo)性(xing)(xing)位點朝內。已(yi)有研究(jiu)表(biao)(biao)明了與(yu)共價抑制劑結合的蛋白水解活(huo)性(xing)(xing)位點的結構(gou)(gou),然(ran)而,與(yu)蛋白酶(mei)(mei)活(huo)性(xing)(xing)位點結合的底(di)物結構(gou)(gou)尚未(wei)確(que)定(ding)。

迄今(jin)為止,人(ren)(ren)們致力于了(le)(le)解(jie)蛋白(bai)(bai)質底(di)(di)物(wu)(wu)如何被AAA+蛋白(bai)(bai)酶的(de)AAA+環識別、去折疊和移位,張凱銘/張崇毅(yi)團隊在2021年10月(yue)在JBC和Science Advances連續(xu)發表兩篇文章,闡述了(le)(le)上(shang)述相(xiang)關的(de)研(yan)究(jiu)工作。然而,愛(ai)游戲體育app下載底(di)(di)物(wu)(wu)在到(dao)達蛋白(bai)(bai)水解(jie)室(shi)后如何在蛋白(bai)(bai)水解(jie)活性位點(dian)水解(jie),我(wo)們知之甚(shen)少。前(qian)人(ren)(ren)的(de)研(yan)究(jiu)報道了(le)(le)包括Lon在內(nei)的(de)幾種AAA+蛋白(bai)(bai)酶降(jiang)解(jie)的(de)蛋白(bai)(bai)質底(di)(di)物(wu)(wu)會經歷持續(xu)性蛋白(bai)(bai)水解(jie)過程,由此(ci)蛋白(bai)(bai)質底(di)(di)物(wu)(wu)被切(qie)割成(cheng)小肽,而不(bu)會釋(shi)放部分(fen)降(jiang)解(jie)的(de)中間(jian)體。由寡聚酶形成(cheng)的(de)“封閉室(shi)”曾(ceng)被提(ti)出可以用(yong)于隔離蛋白(bai)(bai)質底(di)(di)物(wu)(wu),從(cong)而為觀察到(dao)持續(xu)性降(jiang)解(jie)提(ti)供了(le)(le)一個直接的(de)解(jie)釋(shi)。

2021年11月10日,愛游戲app張凱銘研究組和臺北中央研究院張崇毅研究組再次合作在Sciences Advances雜志發表題為“Processive cleavage of substrate at individual proteolytic active sites of the Lon protease complex”的文章。論文解析了Lon復合體和水解底物的結合結構,揭示了Lon蛋白水解的作用機制。

在本次工作中(zhong)(zhong),中(zhong)(zhong)科大生醫(yi)部副研究員李珊珊等(deng)人利用結(jie)構和生化證(zheng)據表明上(shang)述“封閉室(shi)”并不是(shi)此(ci)前觀察到Lon進行持(chi)續(xu)性(xing)(xing)(xing)降(jiang)(jiang)解(jie)的(de)(de)直接(jie)原因。高分辨率(lv)冷凍(dong)電子顯(xian)微(wei)鏡密(mi)度(du)圖(tu)(2.4 ?)揭(jie)示(shi)了在每個(ge)蛋(dan)白(bai)水(shui)解(jie)活(huo)性(xing)(xing)(xing)位點上(shang)的(de)(de)底物(wu)(wu)多(duo)肽的(de)(de)清晰密(mi)度(du)。此(ci)外,Lon與(yu)底物(wu)(wu)多(duo)肽的(de)(de)晶體(ti)結(jie)構表明,底物(wu)(wu)總是(shi)通(tong)過C末(mo)端與(yu)Lon結(jie)合(he),而Lon的(de)(de)六個(ge)活(huo)性(xing)(xing)(xing)位點中(zhong)(zhong)的(de)(de)每一(yi)(yi)個(ge)都形成一(yi)(yi)個(ge)狹窄(zhai)的(de)(de)結(jie)合(he)槽,僅容納(na)底物(wu)(wu)的(de)(de)非引(yin)物(wu)(wu)殘基(ji);并進一(yi)(yi)步(bu)揭(jie)示(shi)了C-to-N的(de)(de)加(jia)工裂(lie)解(jie)機制(zhi)。蛋(dan)白(bai)質(zhi)降(jiang)(jiang)解(jie)試驗證(zheng)實,持(chi)續(xu)性(xing)(xing)(xing)降(jiang)(jiang)解(jie)發(fa)生在單個(ge)蛋(dan)白(bai)水(shui)解(jie)活(huo)性(xing)(xing)(xing)位點水(shui)平(ping)。此(ci)外,研究人員在底物(wu)(wu)結(jie)合(he)槽的(de)(de)出口側發(fa)現(xian)了一(yi)(yi)個(ge)以(yi)前未(wei)被識別的(de)(de)酸(suan)性(xing)(xing)(xing)殘基(ji);這(zhe)種(zhong)保守(shou)的(de)(de)非催(cui)化殘基(ji)對持(chi)續(xu)性(xing)(xing)(xing)裂(lie)解(jie)活(huo)性(xing)(xing)(xing)至關(guan)重(zhong)要,可能通(tong)過與(yu)裂(lie)解(jie)中(zhong)(zhong)間(jian)體(ti)的(de)(de)羧基(ji)-羧酸(suan)酯相互作用促進持(chi)續(xu)性(xing)(xing)(xing)蛋(dan)白(bai)水(shui)解(jie)。總之,這(zhe)些結(jie)果揭(jie)示(shi)了一(yi)(yi)種(zhong)以(yi)前未(wei)被發(fa)現(xian)的(de)(de)Lon蛋(dan)白(bai)酶持(chi)續(xu)性(xing)(xing)(xing)降(jiang)(jiang)解(jie)底物(wu)(wu)的(de)(de)機制(zhi)。

圖例(li):Lon的(de)蛋白(bai)水解機制(zhi)。a.MtaLonA的(de)2.4-?冷凍電鏡結構。b.位于蛋白(bai)水解活性位點(dian)上的(de)底物多肽冷凍電鏡密(mi)度(洋紅色)。

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(生命(ming)科學(xue)與醫(yi)學(xue)部、科研部)

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