《ClpCP蛋白水解酶複合體組裝的結構基礎》是依託清華大學，由梅子青擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：ClpCP蛋白水解酶複合體組裝的結構基礎
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：梅子青
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
MecA介導的ClpCP蛋白水解酶複合體參與了枯草芽孢桿菌中許多生理過程。為維護細胞正常的生理功能，具有ATP水解酶活性的調節亞基ClpC以六聚體形式同七聚體的催化亞基ClpP形成複合物，並以ATP依賴的方式降解損傷蛋白質以及特異性蛋白質底物。但是6：7這種不對稱組裝的分子機制尚無研究報導給出明確的解釋。本項目將主要運用X-射線晶體衍射技術並輔以電鏡技術來測定MecA所介導的ClpCP蛋白水解酶複合物的三維結構。並以結構為基礎，結合生物化學、生物物理學和生物信息學等相關技術手段來闡釋ClpCP組裝的分子機制。本項研究工作不僅能夠揭示原核細胞內ATP依賴的蛋白水解酶複合體的組裝機制，還能為研究真核生物內更為複雜的泛素－蛋白酶體系統提供方法論和實驗基礎，特別是6：7不對稱組裝方式的揭密將是結構生物學研究史上的重要篇章。
結題摘要
ATP依賴的可調控蛋白降解過程在生物體內廣泛存在。ClpCP複合物是枯草芽孢桿菌菌內參與這一過程的主要分子機器，其中執行去摺疊酶功能的ClpC蛋白隸屬於AAA+蛋白（與各種細胞活動相關的ATP水解酶）超家族中的Clp/Hsp100家族，該家族成員大多以六聚體形式發揮功能。ClpC蛋白有兩個ATP結合結構域（D1和D2結構域），其底物識別和激活需要一類接頭蛋白MecA的介導才能完成。激活後的MecA-ClpC六聚體分子機器利用ATP結合和水解所釋放的能量將特異性的底物蛋白進行去摺疊並將實現去摺疊的多肽鏈轉移到與之相互作用的ClpP蛋白酶內進行降解。在先前的研究中，我們報導了MecA C端結構域和 D2結構域切除的ClpC形成的六聚體複合物；以及MecA C端結構域和全長ClpC形成的六聚體複合物，揭示了MecA-ClpC六聚體複合物的組裝方式，並闡釋了MecA促進ClpC六聚化並進一步激活的分子機制。在本項目中，為了闡明MecA-ClpC在底物識別、去摺疊及轉運過程的分子機制，我們利用冷凍電子顯微鏡技術所獲得的MecA-ClpC複合物的四種不同結構。這些複合物在兩個AAA+環的核酸結合狀態上存在明顯差異，可能反映了該六聚體複合物在去摺疊底物的周期中的不同狀態。結構分析表明，核酸的結合和水解通過多種方式調節了該六聚體複合物的構象變化，包括N端環的開口、中軸和pore loops的徑向位置、C端環的收縮以及上下兩個環狀結構之間的相對旋轉等。更重要的是，我們的結構和生化數據表明，在上下兩個AAA+環之間存在一個有效的別構調節作用，並且兩個AAA+ 環之間的互動對於有效的去摺疊並轉移底物十分必要。這些研究發現既加深了我們對於MecA-ClpC複合物去摺疊底物過程中構象變化的理解，還為我們進一步全面地理解第二類帶有AAA+結構域的六聚體蛋白在ATP水解周期中的構象變化奠定了理論和方法學上的基礎。
