DOC2β与Munc13-1在神经突触分泌过程中相互作用的结构生物学研究

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大脑中的神经元通过突触来传递信息。突触前膜释放的神经递质与突触后膜的相关受体相互作用,从而将信息从前一个神经元稳定而高效地传递至下一个神经元。神经递质的分泌是一种高度协调的精细过程,包括蛋白质与蛋白质,生物膜与蛋白质以及生物膜与生物膜之间多重协同的相互作用。Munc13-1蛋白和Doc2β蛋白在神经递质释放的过程中发挥着重要作用。Munc13-1促进syntaxin-1由闭合构象转变为开放构象,进而使syntaxin-1可以和突触前膜上的SNAP-25以及囊泡上的Synaptobrevin形成SNARE复合物,最终在钙离子的触发下,发生囊泡融合与神经递质释放。Doc2β蛋白具有很高的钙离子亲和性,有研究认为Doc2β是神经递质异步释放以及自发释放过程中的钙离子感受器。Doc2β与Munc13-1之间的相互作用具有重要的生理学意义,干扰它们之间的相互作用会影响PC12细胞以及胆碱能突触中囊泡的释放。然而,Doc2β与Munc13-1之间相互作用的具体机制尚不清楚,了解相互作用的具体机制对进一步理解Doc2β与Munc13-1在神经递质释放过程中的功能具有重要意义。  在Neuro-2a细胞中的共定位实验暗示了Doc2β可以和Munc13-1相互作用。当Neuro-2a细胞在外界高浓度氯化钾的刺激下发生去极化,引起胞外钙离子内流使细胞内钙离子浓度升高时,Doc2β通过其C2AB结构域结合到细胞质膜上,并通过与Munc13-1的相互作用将Munc13-1招募到膜上。有文章报道,Doc2β可以通过其氨基末端的Mid结构域与Munc13-1相互作用,在Munc13-1中相互作用的区域为851-1461。这个区域与Munc13-1中的MUN结构域(859-1531)的位置接近,而MUN结构域被认为是Munc13-1在突触囊泡启动过程中发挥活性的最小模块,具有重要的生理意义。我们推测Doc2β可以和MUN结构域相互作用,并在GST pull-down实验中证明了这一点。Munc13-1MUN结构域分为A、B、C、D四个亚结构域,为了进一步研究Munc13-1中相互作用的位点,我们设计了一系列的截短并验证与Doc2β的相互作用,将Munc13-1中相互作用的片段缩小到MUN BC(1011-1407)之中。一方面,我们在MUN BC中进行点突变来寻找具体作用的位点,另一方面,我们挑选合适的MUN结构域片段与Doc2βMid结构域共结晶,希望从晶体的角度阐释相互作用的机制。MUN933是已经获得晶体结构的MUN结构域片段,其蛋白性质良好,包含与Doc2β相互作用的位点。为了得到MUN933与Mid结构域的共晶,我们采取了两种方法:(1)单独将MUN933结晶,然后将Mid结构域的小肽按照特定比例加入到晶体中;(2)直接纯化MUN933/Mid复合物,然后结晶。经过大规模的筛选,我们最终得到了可供衍射的MUN933/Mid晶体。  本课题在分子水平和细胞水平上验证了Doc2β与Munc13-1之间的相互作用,并通过GST pull-down的方法将Munc13-1中与Doc2β相互作用的位点缩小到了MUN BC区域。通过对MUN933/Mid复合物晶体的筛选,最终得到了可供衍射的晶体,为进一步阐释Doc2β与Munc13-1相互作用的生理意义奠定了基础。
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