两例与疾病相关的蛋白复合物结构的研究

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蛋白质与配体的相互作用在许多生物过程中发挥着重要作用,我们研究两者间相互作用的详细信息与结构特征,可以为药物设计和发现新的靶标提供结构生物学基础。X射线晶体技术和核磁共振(NMR)技术是研究蛋白质与配体相互作用结构特征的主要手段。在本论文中,我们就用NMR和X射线晶体学技术分别对两种与疾病相关的蛋白复合物的结构进行了探索。  论文第一部分为UHRF1蛋白中TTD结构域与Spacer(642-674)相互作用的研究。UHRF1是表观遗传中的重要蛋白,能够识别DNA甲基化和组蛋白甲基化过程,并且通过某种变构效应来调节这两种功能。其中,Spacer与TTD的相互作用在这一变构调节过程中发挥着重要作用。我们解析了TTD/Spacer(642-674)复合物的三维溶液结构,20个最优构象表明其溶液结构较收敛,骨架原子RMSD值为0.76±0.21(A),重原子RMSD值1.15±0.14(A)。复合物中的Spacer呈无规结构,其中结合TTD部分相对收敛,其余部分收敛性较差。Spacer对TTD的结合没有引起TTD明显的构象变化,Spacer肽段以伸展的形式通过“KRKS”片段结合在两个Tudor结构域之间的酸性凹槽中。Spacer与TTD分子间的相互作用主要包括盐桥和氢键作用,特别是Spacer的K648、R649和S651的侧链发挥重要的结合作用。与H3K9me3/TTD-PHD复合物结构比较发现,TTD/Spacer相互作用模式与TTD/Linker(286-301)结合模式类似。由于Linker(286-301)与TTD的结合对TTD-PHD协同识别和结合H3K9me3非常重要,我们结合Spacer(642-674)和Linker(286-301)作用模式的相似性和其他生化实验推测:Spacer通过与Linker(286-301)竞争在TTD上的结合而抑制TTD-PHD对H3K9me3的识别和结合,实现UHRF1调节DNA甲基化和组蛋白甲基化之间关系的功能。这一结构也为进一步研究UHRF1的变构效应的机制提供了一定的结构生物学基础。  论文第二部分为ESCRT体系中Vta1NTD与Did2/Vps60相互作用的探索。Vta1对Vps4 ATP水解酶的活性的促进作用很大程度上依赖于Vps60/Did2对Vta1氮端MIT结构域的结合。一方面,用NMR技术研究Vta1 NTD/Did2(176-204)复合物结构过程中,由于Did2作用界面小,结合比较弱,归属的分子间NOE较少。为此,我们通过减小复合物分子量的方法优化NMR谱图来归属更多的分子间NOE用于支持我们的结构。我们单独构建了与Did2(176-204)相互作用的Vta1MIT1结构域并成功表达,但是蛋白多聚。我们先后突变了Vta1NTD两个MIT之间疏水界面上的六个位点,六突变的Vta1MIT1以单体形式可溶表达,但HSQC谱图显示其未能形成二级结构。我们在六突变Vta1MIT基础上将序列延长到螺旋α4,并且与小肽Did2融合表达,构建了六突变的Did2-Vta1(1-84aa)表达体系,但仍然未得到具有二级结构的Vta1MIT1蛋白。  另一方面,我们需要研究Vps60和Did2共同与Vta1NTD作用的情况来解释Vps60和Did2与Vta1NTD的结合如何释放Vta1的自抑制状态,并有助于理解物种进化过程中,Vta1和LIP5如何发挥不同的生物学功能。由于两个配体结合都较弱,基于片段的药物筛选原理的启发,我们构建了pETDuet-Did2-5(GS)-Vps60/Vta1NTD共表达体系和pSMT3-Did2-5(GS)-Vps60-2(GS)-Vta1NTD融合表达体系进行晶体学尝试,其中融合蛋白有晶体长出,晶体的优化工作仍在进行。
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