Ubiquitin-like家族蛋白溶液結構和分子作用機制研究.pdf

1、蛋白質(zhì)翻譯后修飾是蛋白質(zhì)功能調(diào)節(jié)的重要手段之一，其功能涉及到蛋白質(zhì)降解、信號轉(zhuǎn)導、染色體裝配、DNA損傷修復等重要的生物學功能。目前已知的翻譯后修飾包括磷酸化、乙?；?、糖基化、泛素化、甲基化等。在這些翻譯后修飾中，泛素蛋白家族包含大約十幾種相關的蛋白質(zhì)，目前研究比較透徹的是泛素（ubiquitin）蛋白和SUMO（small ubiquitin-like proteins）蛋白。我們的研究工作主要集中在兩個方面：一個是錐體蟲Trypan

2、osoma brucei中SUMO蛋白的溶液結構和人Ubc9的相互作用；另一個是原核生物中ubiquitin蛋白（Pup）的溶液結構及與Mpa相互作用的研究。
　　 錐體蟲Trypanosoma brucei是一種古老的單細胞的原生生物，主要寄生在人和牛的體內(nèi)，造成人的嗜睡病和牛的那加那病。我們實驗室的廖善暉同學通過RNAi的方法證明了SUMO蛋白在椎體蟲中細胞循環(huán)中起重要作用。我們利用核磁共振方法研究Trypanosoma b

3、rucei中SUMO蛋白的三維溶液結構，這是第一個被解析出來的原生生物中SUMO蛋白的溶液結構。通過核磁的溶液結構研究發(fā)現(xiàn)，Tb-SUMO的溶液結構具有典型的ubiquitin折疊結構，由5個?折疊和兩個ɑ螺旋組成。和其他已知的SUMO蛋白結構相比，Tb-SUMO蛋白在氨基端含有一段較長的無規(guī)卷曲序列，長度達26個氨基酸殘基。為了研究Tb-SUMO和E2酶的相互作用，我們用化學微擾的方法研究了Tb-SUMO與人E2（Trypanosom

4、a brucei中的E2酶尚未找到）酶的相互作用界面，發(fā)現(xiàn)Tb-SUMO的主要相互作用界面集中在?片層上，相互作用方式主要以疏水相互作用和靜電相互作用為主。通過研究我們發(fā)現(xiàn)錐體蟲中的SUMO蛋白在結構和Ubc9的結合方式在進化上市保守的。
　　 Ubiquitin蛋白在真核生物中可以作為信號分子介導蛋白質(zhì)到蛋白酶體中進行水解。在結核桿菌中有蛋白酶體復合物，但是一直以來在原核生物中都沒有發(fā)現(xiàn)ubiquitin蛋白，直到2008年人

5、們首次在結核桿菌中發(fā)現(xiàn)了原核生物的ubiquitin蛋白（Pup）。并確定了Pup蛋白在結核桿菌中介導目的蛋白的水解。Pup是一個由64個氨基酸編碼的小蛋白質(zhì)，與真核生物中ubiquitin蛋白一樣，在羧基端含有兩個連續(xù)的甘氨酸殘基。我們通過Pup與真核生物中ubiquitin的序列比對發(fā)現(xiàn)它與真核中ubiquitin蛋白的序列同源性非常低，二級結構預測也顯示其具有不同于真核ubiquitin蛋白的二級結構。在實驗方面我們利用CD和NM

6、R方法顯示Pup是一個天然無規(guī)蛋白（IDP），1H-15N NOE和CSI方法顯示在Pup的羧基端有一些殘留的二級結構。之后我們利用NMR方法確定了Pup蛋白中各氨基酸的化學位移，同時我們用SPR方法和化學微擾的方法研究了Pup蛋白與Mpa (mycobacterium proteasomal ATPase)蛋白的相互作用，Mpa是原核生物中蛋白酶體的具有ATPase功能的一個調(diào)節(jié)亞基，它能夠與Pup相互作用把底物帶到蛋白酶體中進行降解

7、。研究結果表明Pup和Mpa是一種強疏水相互作用，作用區(qū)段主要集中在羧基端的30-59的氨基酸區(qū)域。同時我們還在進化角度上用進化樹對Pup蛋白的進化進行分析，我們發(fā)現(xiàn)Pup蛋白是一個在進化樹上獨立的分支，這也可以解釋為什么Pup蛋白的結構與真核的ubiquitin結構有很大的差別。這是國際上首次發(fā)現(xiàn)的原核生物中ubiquitin的蛋白是一個天然無規(guī)蛋白質(zhì)，這個研究為后續(xù)的原核中ubiquitin的功能研究和作用機制提供實驗上的依據(jù)。