研究揭示果蠅細胞凋亡抑制因子功能機理
日期：2011-09-06 11:08:03
近日來自清華大學(xué)的研究人員揭示了果蠅細胞凋亡抑制因子DIAP1的結(jié)構(gòu)與功能機理，并通過解析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)院院長施一公教授，其研究組主要致力于運用結(jié)構(gòu)生物學(xué)和生物化學(xué)的手段研究腫瘤發(fā)生和細胞凋亡的分子機制。另外兩位作者分別是王佳偉（Jiawei Wang）和李曉春（Xiaochun Li）。
DIAP1是果蠅的一個重要細胞凋亡抑制因子，不僅調(diào)控細胞死亡，而且也參與細胞分化、蛋白翻轉(zhuǎn)和細胞循環(huán)進程等過程的信號傳導(dǎo)調(diào)控。當(dāng)DIAP1處于自抑構(gòu)象時則無法抑制效應(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)家們對于DIAP1介導(dǎo)的drICE抑制作用的分子機制還并不是很清楚。
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抑制作用機理。此外，結(jié)合大量的生化實驗數(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)為深入地研究細胞凋亡調(diào)控機制提供了重要的實驗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
施一公是世界著名的結(jié)構(gòu)生物學(xué)家，其課題組長期從事腫瘤抑制因子和細胞凋亡調(diào)節(jié)蛋白、重大疾病相關(guān)膜蛋白以及胞內(nèi)生物大分子機器的結(jié)構(gòu)與功能研究。不久前，施一公課題組在原核細胞蛋白酶體調(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，對于及時清除機體內(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的分子機制一直都沒有明確的解釋。
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原核細胞內(nèi)蛋白酶體調(diào)控機理的研究。經(jīng)過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)合物的三個相關(guān)晶體結(jié)構(gòu)，并結(jié)合大量的生化實驗數(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)對揭密其它Clp/Hsp100分子機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)提供了方法論和實驗基礎(chǔ)。
