我国科大解析Lon蛋白酶的完好三维结构并提醒其底物辨认与搬运的分子机制

  我校细胞动力学教育部要点实验室张凯铭团队在解析Lon蛋白酶的完好三维结构并提醒其底物辨认与搬运的分子机制获得重要发展，与台湾中央研讨院张崇毅团队在期刊JBC和

  Lon AAA+蛋白酶（LonA）是一种在原核生物和真核生物细胞器中保存的ATP依赖性蛋白酶。LonA组装为同源六聚体，每个单体都包括一个N端结构域、一个中心ATP酶结构域和一个C端蛋白酶结构域。LonA经过降解受损或过错折叠的反常蛋白质在细胞蛋白质稳态中发挥及其重要的效果，然后避免这些不需要的蛋白质品种构成有毒聚集体。LonA还经过降解特定的调理蛋白来调控多种生物进程。

  前人的研讨提醒了LonA的多种功用和结构特征。具有敞开活性位点构象的Lon蛋白酶域选用六重对称结构，而具有非活性蛋白水解位点构象的LonA则选用敞开螺旋六聚体结构。ADP结合的LonA六聚体的晶体结构提醒了ADP怎么经过诱导构成关闭的降解室来按捺LonA活性。经过假定来自两对三个非相邻单体的无核苷酸和ADP结合状况之间的结构转化，建立了根据ADP结合结构底物易位模型。但是最近的底物结合AAA+蛋白的冷冻电镜结构不支撑上述简略的一步转化模型，以为其ATP酶结构域环绕中心定位的底物多肽链以螺旋梯状摆放，包括最近人源和鼠疫耶尔森氏菌Lon蛋白酶的冷冻电镜结构均支撑持续性旋转机制。但在这些作业中，用于重构的细菌Lon是一个Walker-B突变体；而人源Lon的结构则显现了不同的底物结合方法和核苷酸结合状况，标明Lon有几率存在杂乱的底物搬运机制。

  顶部视图显现了核苷酸和底物的结合状况。与底物结合的原体呈不同深浅的绿色。

  但是到目前为止，Lon六聚体的现有报导的一切结构中没有包括N端区域，Lon怎么正确的挑选蛋白质靶标作为底物、操控底物进入AAA+结构域、并介导底物去折叠的机制尚不清楚。

  10月15日，协作团队在期刊Sciences Advances持续宣布题为“Complete three-dimensional structures of the Lon protease translocating a protein substrate”的延续性作业。张凯铭课题组李珊珊等使用冷冻电镜进一步解析了Meiothermus taiwanensisLon底物结合状况的完好三维结构，分辨率达2.4 Å。这些结构显现了一个具有张拉全体三角形复合体的多层结构，独特别由六个长N端螺旋构成。彼此确定的螺旋三角形组装在六聚体中心的顶部，以打开一个由六个球状底物结合域组成的网。它作为一个多用途渠道，操控底物进入AAA+环、供给根据标尺的底物挑选机制、并充任滑轮设备以促进AAA+环将ATP驱动的构象变化转化为机械力来推进易位底物的打开。该研讨成果为了解Lon和其他具有相似活性的AAA+蛋白酶的结构机制供给了一个完好的结构。

  全长Lon的冷冻电镜结构解析。a.冷冻电镜结构。b.三维原子模型。c,d.二类单体的结构及结构域示意图。e.效果机制示意图。

  斯坦福大学Wah Chiu院士为此作业供给了宝贵意见。本研讨获得了Stanford-SLAC电镜渠道、台湾中央研讨院电镜渠道和我国科学技术大学细胞动力学教育部要点实验室及冷冻电镜渠道的全力支撑。我国科学技术大学为榜首完结单位，生命科学与医学部李珊珊副研讨员为榜首作者，张凯铭、张崇毅研讨员为一起通讯作者。

  （细胞动力学教育部要点实验室、合肥微标准物质科学国家研讨中心、我国科大生医部、科研部）