科技日報記者 吳長鋒
記者從中國科學技術(shù)大學獲悉，該校細胞動力學教育部重點實驗室張凱銘團隊合作者合作，解析出Lon蛋白酶的完整三維結(jié)構(gòu)并揭示其底物識別與轉(zhuǎn)移的分子機制，研究成果日前分別發(fā)表在期刊《生物化學雜志》和《科學進展》上。
中國科學技術(shù)大學供圖
Lon AAA+蛋白酶（LonA）是一種在原核生物和真核生物細胞器中保守的ATP依賴性蛋白酶。LonA組裝為同源六聚體，每個單體都包含一個N端結(jié)構(gòu)域、一個中間ATP酶結(jié)構(gòu)域和一個C端蛋白酶結(jié)構(gòu)域。LonA通過降解受損或錯誤折疊的異常蛋白質(zhì)在細胞蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用，從而防止這些不需要的蛋白質(zhì)種類形成有毒聚集體。LonA還通過降解特定的調(diào)節(jié)蛋白來調(diào)控多種生物過程。然而目前為止，Lon六聚體的現(xiàn)有報道的所有結(jié)構(gòu)中沒有包含N端區(qū)域，Lon如何選擇蛋白質(zhì)靶標作為底物、控制底物進入AAA+結(jié)構(gòu)域、并介導(dǎo)底物去折疊的機制尚不清楚。
張凱銘課題組解析了Lon蛋白酶底物結(jié)合狀態(tài)的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)ATPase結(jié)構(gòu)域的雙孔環(huán)介導(dǎo)底物相互作用，由處于不同ATP結(jié)合和水解狀態(tài)的四個連續(xù)單體以螺旋梯狀排列，揭示了其通過LonA特異性變構(gòu)實現(xiàn)持續(xù)性旋轉(zhuǎn)易位的分子機制。同時，這些結(jié)構(gòu)顯示了一個具有張拉整體三角形復(fù)合體的多層結(jié)構(gòu)，獨特地由六個長N端螺旋構(gòu)成。相互鎖定的螺旋三角形組裝在六聚體核心的頂部，以展開一個由六個球狀底物結(jié)合域組成的網(wǎng)。它作為一個多用途平臺，控制底物進入AAA+環(huán)、提供基于標尺的底物選擇機制、并充當滑輪裝置以促進AAA+環(huán)將ATP驅(qū)動的構(gòu)象變化轉(zhuǎn)化為機械力來推動易位底物的展開。
該研究成果為理解Lon和其他具有類似活性的AAA+蛋白酶的結(jié)構(gòu)機制提供了一個完整的框架。
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