科技日報記者 吳長鋒
記者從中國科學技術大學獲悉，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構并揭示其底物識別與轉移的分子機制，研究成果日前分別發表在期刊《生物化學雜志》和《科學進展》上。
中國科學技術大學供圖
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端結構域、一個中間ATP酶結構域和一個C端蛋白酶結構域。LonA通過降解受損或錯誤折疊的異常蛋白質在細胞蛋白質穩態中發揮重要作用，從而防止這些不需要的蛋白質種類形成有毒聚集體。LonA還通過降解特定的調節蛋白來調控多種生物過程。然而目前為止，Lon六聚體的現有報道的所有結構中沒有包含N端區域，Lon如何選擇蛋白質靶標作為底物、控制底物進入AAA+結構域、并介導底物去折疊的機制尚不清楚。
張凱銘課題組解析了Lon蛋白酶底物結合狀態的冷凍電鏡結構，發現ATPase結構域的雙孔環介導底物相互作用，由處于不同ATP結合和水解狀態的四個連續單體以螺旋梯狀排列，揭示了其通過LonA特異性變構實現持續性旋轉易位的分子機制。同時，這些結構顯示了一個具有張拉整體三角形復合體的多層結構，獨特地由六個長N端螺旋構成。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合域組成的網。它作為一個多用途平臺，控制底物進入AAA+環、提供基于標尺的底物選擇機制、并充當滑輪裝置以促進AAA+環將ATP驅動的構象變化轉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+蛋白酶的結構機制提供了一個完整的框架。
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