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泛素-蛋白酶体途径是细胞内蛋白质降解的主要途径,是调节细胞蛋白水平和功能的重要机制,该通路的异常与诸多疾病如恶性肿瘤、神经退行性疾病等有关。蛋白酶体是多亚基组成的巨大复合体,其中Uch37和Rpn13是新近鉴定的蛋白酶体亚基。Rpn13通过其C端KEKE模序将Uch37锚定在蛋白酶体19S上。Uch37通过其去泛素化酶的活性实现对特定分子的去泛素化,防止该分子错误的被蛋白酶体降解。Ub-AMC(ubiquitin-7-amino-4methylcoumarin,泛素-7氨基-4甲基香豆素)活性研究表明,去泛素化酶Uch37水解酶活性低,通常认为处于活性自抑制状态;而Rpn13能够激活Uch37,Uch37-Rpn13的水解酶活性甚至高于UCH亚家族的其他成员,如Uch-L3等。由于Uch37和Rpn13均具有较多的柔性序列,其复合物晶体结构都没有报道。同时,Uch37的自抑制和激活机制也不甚了解。
本研究以人源全长hUch37和人源hRpn13的C端结构域(功能与全长hRpn13类似)为对象,基于小角X射线散射(SmallAngleX-rayScattering,SAXS)方法,研究了Uch37和Uch37-Rpn13C复合物溶液状态下的构象,首次揭示了Uch37-Rpn13复合物的结构模型,初步阐明了hUch37的自抑制及其激活机制。结果展示,Uch37溶液状态下以二体和四体的平衡态(四聚体占多数)存在,而Uch37-Rpn13C复合物则以1∶1的比例形成的单体形式存在。通过对已知Uch37结构晶体堆积的分析,发现Uch37最末端α螺旋(残基291-303)富含疏水氨基酸,从而介导了四聚体的形成。将Uch-L3/Ub复合物结构分布叠合在二聚体Uch37和Uch37-Rpn13CSAXS复合物结构中,发现Uch37二聚体中,其中一个Uch37分子占据了另一个Uch37分子的泛素结合空间,阻碍了每个Uch37和其底物(泛素)的结合;而在Uch37-Rpn13C复合物结构中,Uch37分子可以自由结合泛素。故Uch37以同源多聚化形式完成其自抑制,Rpn13通过结合Uch37的C末端引起其单体化,从而释放其水解酶活性。最后荧光共振能量转移实验(FRET)进一步证实了该假设。