科學(xué)家解析出Lon蛋白酶完整三維結(jié)構(gòu) 并揭示其底物識(shí)別與轉(zhuǎn)移分子機(jī)制

從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校細(xì)胞動(dòng)力學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張凱銘團(tuán)隊(duì)與合作者合作，解析出Lon蛋白酶的完整三維結(jié)構(gòu)并揭示其底物識(shí)別與轉(zhuǎn)移的分子機(jī)制，研究成果日前分別發(fā)表在期刊《生物化學(xué)雜志》和《科學(xué)進(jìn)展》上。

LonAAA+蛋白酶(LonA)是一種在原核生物和真核生物細(xì)胞器中保守的ATP依賴性蛋白酶。LonA組裝為同源六聚體，每個(gè)單體都包含一個(gè)N端結(jié)構(gòu)域、一個(gè)中間ATP酶結(jié)構(gòu)域和一個(gè)C端蛋白酶結(jié)構(gòu)域。LonA通過(guò)降解受損或錯(cuò)誤折疊的異常蛋白質(zhì)在細(xì)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(guò)降解特定的調(diào)節(jié)蛋白來(lái)調(diào)控多種生物過(guò)程。然而目前為止，現(xiàn)有報(bào)道中Lon六聚體的所有結(jié)構(gòu)中沒(méi)有包含N端區(qū)域，Lon如何選擇蛋白質(zhì)靶標(biāo)作為底物、控制底物進(jìn)入AAA+結(jié)構(gòu)域、介導(dǎo)底物去折疊的機(jī)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)ATP酶結(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(gè)連續(xù)單體以螺旋梯狀排列，揭示了其通過(guò)LonA特異性變構(gòu)實(shí)現(xiàn)持續(xù)性旋轉(zhuǎn)易位的分子機(jī)制。同時(shí)，這些結(jié)構(gòu)顯示了一個(gè)具有張拉整體三角形復(fù)合體的多層結(jié)構(gòu)，獨(dú)特地由六個(gè)長(zhǎng)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(gè)由六個(gè)球狀底物結(jié)合域組成的網(wǎng)。它作為一個(gè)多用途平臺(tái)，控制底物進(jìn)入AAA+環(huán)、提供基于標(biāo)尺的底物選擇機(jī)制、并充當(dāng)滑輪裝置以促進(jìn)AAA+環(huán)將ATP驅(qū)動(dòng)的構(gòu)象變化轉(zhuǎn)化為機(jī)械力來(lái)推動(dòng)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(jī)制提供了一個(gè)完整的框架。(吳長(zhǎng)鋒)

關(guān)鍵詞： 科學(xué)家 蛋白酶 三維結(jié)構(gòu) 底物識(shí)別