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钙调神经磷酸酶(Calcineurin,CN)是广泛分布在体内的多功能蛋白质,它参与体内的信号转导、免疫调节等多种生理功能。它是由催化亚基A(CNA)和调节亚基B(CNB)组成的异二聚体。CNA又是由四个结构域(催化结构域CNa、B亚基结合区BBH、钙调素结合区CBD、自抑制区AI)组成的。本文旨在通过对CNA及其色氨酸突变体进行折叠机制的研究,以期获得关于CNA构象变化及催化机制的更多信息。
本文主要由三部分构成:
第一部分对CNA、CNA-W134W232W342与CNa尿素稳态变性的比较研究
钙调神经磷酸酶的催化亚基CNA具有四个色氨酸:W134、W232、W342、W352,其中除W352外,其余三个色氨酸都位于CNA的催化结构域CNa中。本实验引入突变体CNA-W134W232W342,它将CNA的W352位点突变成苯丙氨酸,该突变体所保留的三个色氨酸与CNa相同。通过尿素的稳态变性,对CNA、CNA-W134W232W342与CNa三者进行活性及内源荧光光谱的比较发现,CNA的W352位点突变为苯丙氨酸后,蛋白的活力和空间构象呈现与CNA相似的变化规律:即能够耐受低浓度尿素,保持相对稳定的空间构象;随尿素浓度的增高,空间构象逐渐伸展。由于CNa是在CNA的基础上剪切了调节区段的催化结构域,其天然构象是催化pNPP的最适构象。CNa随尿素浓度的逐渐增高,呈现先收缩后伸展的构象变化规律。
第二部分CNA四种色氨酸突变体的基本性质及尿素稳态变性的比较研究
CNA-W134、CNA-W232、CNA-W342、CNA-W352是分别只保留了单个色氨酸的CNA的突变体,通过对四种色氨酸突变体的性质及稳态变性比较可以看到:CNA及其四个色氨酸突变体活力排序为:CNA>CNA-W232>CNA-W342>CNA-W352>CNA-W134,它们的最适pH值皆为7.0℃NA、CNA-W134和CNA-W232的最适温度为50℃,CNA-W342和CNA-W352的最适温度为40℃。在稳态变性中,CNA-W232更接近于CNA的活力和构象变化规律。实验结果显示:活性中心以较为开放的状态接受底物完成催化作用,同时,活性中心由于具有较大柔性,在低浓度尿素中易被激活。另外,活性中心更容易对抗高浓度尿素的变性作用,构象受到的影响最小。
第三部分Mn2+对CNA及四种色氨酸突变体尿素稳态变性的影响研究
Mn2+是实验室常用的CNA的激活剂。为了进一步探究Mn2+的激活机制,本实验对CNA及四种色氨酸突变体有Mn2+和无Mn2+时的尿素稳态变性进行了比较研究。通过检测酶活力及内源荧光发射光谱,可以发现Mn2+对CNA及色氨酸突变体都具有激活作用。它是通过对CNA的不同区段采取不同的调节方式来完成其激活功能的:Mn2+可以促使CNA的调节区段伸展,以较为开放的状态与底物结合;同时可以维持CNA活性中心构象的相对稳定,以保持最适的催化状态。