研究揭示果蠅細(xì)胞凋亡抑制因子功能機(jī)理
日期：2011-09-06 11:04:45
近日來(lái)自清華大學(xué)的研究人員揭示了果蠅細(xì)胞凋亡抑制因子DIAP1的結(jié)構(gòu)與功能機(jī)理，并通過(guò)解析DIAP1、BIR1與drICE復(fù)合物結(jié)構(gòu)，初步揭示了DIAP1調(diào)控drICE的機(jī)理。這一研究成果發(fā)表在《自然—通訊》(Nature Communications)雜志上。
文章的通訊作者是清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院院長(zhǎng)施一公教授，其研究組主要致力于運(yùn)用結(jié)構(gòu)生物學(xué)和生物化學(xué)的手段研究腫瘤發(fā)生和細(xì)胞凋亡的分子機(jī)制。另外兩位作者分別是王佳偉（Jiawei Wang）和李曉春（Xiaochun Li）。
DIAP1是果蠅的一個(gè)重要細(xì)胞凋亡抑制因子，不僅調(diào)控細(xì)胞死亡，而且也參與細(xì)胞分化、蛋白翻轉(zhuǎn)和細(xì)胞循環(huán)進(jìn)程等過(guò)程的信號(hào)傳導(dǎo)調(diào)控。當(dāng)DIAP1處于自抑構(gòu)象時(shí)則無(wú)法抑制效應(yīng)caspase（effector caspase）drICE的活性。drICE在Asp20處切割DIAP1使得DIAP1自抑制構(gòu)象改變，cleaved DIAP1進(jìn)而結(jié)合到成熟drICE上抑制drICE蛋白酶活性，促使drICE泛素化。凋亡誘導(dǎo)因子Reaper, Hid和Grim (RHG)能夠阻止DIAP1介導(dǎo)的drICE抑制作用。在細(xì)胞中這些凋亡調(diào)控通路受到精確地調(diào)控。然而目前科學(xué)家們對(duì)于DIAP1介導(dǎo)的drICE抑制作用的分子機(jī)制還并不是很清楚。
在這篇文章中，研究人員首先確定了uncleaved DIAP1–BIR1的X-射線晶體結(jié)構(gòu)，這一分辨率為2.4 Å的結(jié)構(gòu)顯示DIAP1是通過(guò)氨基末端序列與BIR1保守溝槽結(jié)合形成自抑構(gòu)象的。隨后研究人員又解析了活性drICE與cleaved DIAP1–BIR1結(jié)合形成的復(fù)合物3.5 Å的晶體結(jié)構(gòu)，初步揭示了DIAP1介導(dǎo)的drICE抑制作用機(jī)理。此外，結(jié)合大量的生化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，研究人員鑒別了調(diào)控DIAP1, drICE和RHG蛋白相互作用的決定因子。這些研究發(fā)現(xiàn)為深入地研究細(xì)胞凋亡調(diào)控機(jī)制提供了重要的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
施一公是世界著名的結(jié)構(gòu)生物學(xué)家，其課題組長(zhǎng)期從事腫瘤抑制因子和細(xì)胞凋亡調(diào)節(jié)蛋白、重大疾病相關(guān)膜蛋白以及胞內(nèi)生物大分子機(jī)器的結(jié)構(gòu)與功能研究。不久前，施一公課題組在原核細(xì)胞蛋白酶體調(diào)節(jié)亞基MecA-ClpC復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)與功能的研究中取得重大突破，這一研究成果公布在Nature雜志上。
ATP依賴(lài)的可調(diào)控蛋白質(zhì)水解廣泛存在于大多數(shù)生命體中，對(duì)于及時(shí)清除機(jī)體內(nèi)的垃圾蛋白以及調(diào)節(jié)蛋白具有十分重要的作用。原核生物中負(fù)責(zé)這一功能的蛋白酶體由調(diào)節(jié)亞基-Clp/Hsp100家族成員同催化亞基ClpP兩部分組成。研究發(fā)現(xiàn)，Clp/Hsp100家族蛋白都是以六聚體形式執(zhí)行功能。ClpC是Clp/Hsp100家族的重要成員，含有兩個(gè)AAA＋(ATPases associated with diverse cellular activities)結(jié)構(gòu)域（核酸結(jié)合結(jié)構(gòu)域），與該家族其它成員不同的是，ClpC的六聚體形成及其進(jìn)一步的激活需要接頭蛋白MecA的參與。利用ATP水解的能量，激活后的六聚體MecA-ClpC分子能夠去折疊特異性蛋白質(zhì)底物，并將生成的去折疊多肽鏈轉(zhuǎn)運(yùn)到ClpP中降解。但是，MecA如何介導(dǎo)ClpC形成六聚體并激活ClpC的分子機(jī)制一直都沒(méi)有明確的解釋。
自2007年6月起，施一公教授領(lǐng)導(dǎo)的該課題組一直致力于對(duì)原核細(xì)胞內(nèi)蛋白酶體調(diào)控機(jī)理的研究。經(jīng)過(guò)3年多的艱辛努力，該課題組首次解析了枯草芽孢桿菌內(nèi)蛋白酶體調(diào)節(jié)亞基MecA-ClpC復(fù)合物的三個(gè)相關(guān)晶體結(jié)構(gòu)，并結(jié)合大量的生化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，揭示了六聚體MecA-ClpC復(fù)合物的組裝方式，闡明了MecA介導(dǎo)ClpC激活的分子機(jī)理，并提供了MecA-ClpC執(zhí)行功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。這些發(fā)現(xiàn)對(duì)揭密其它Clp/Hsp100分子機(jī)器的組裝方式也有很好的借鑒作用，并且為研究真核生物內(nèi)更為復(fù)雜的泛素－蛋白酶體系統(tǒng)提供了方法論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
