论文部分内容阅读
心磷脂(Cardiolipin，CL)是线粒体内膜的特征性磷脂，它的合成与代谢是线粒体发挥正常生理功能所必须的。生物体中大部分心磷脂是以磷脂酸(Phosphatidic Acid，PA)为前体在线粒体内膜上合成。PA主要在细胞内质网上合成，而后被运输到线粒体外膜上，进而从线粒体外膜转运到内膜供给CL的合成。已有的研究结果表明，PA从线粒体外膜转运到内膜由MSF1-PRELI家族蛋白复合物Ups1-Mdm35介导，该过程受内膜上CL量的反馈抑制调控。然而，人们对PA跨线粒体内外膜转运及受CL反馈调控的分子机制并不清楚。 我们表达并纯化了具有生物活性的Ups1-Mdm35蛋白复合物，解析了Ups1-Mdm35和Ups1-Mdm35-PA两种复合物的晶体结构，结构显示PA结合前后Ups1-Mdm35并没有发生显著的构象变化。Ups1是由一个反向平行的β折叠片层和三个α螺旋组成的筒状结构，Mdm35则是由三个α螺旋组成的一个发夹结构，Mdm35从侧面围绕Ups1形成稳定的功能复合体。Ups1的β折叠和α螺旋形成一个可以容纳PA分子的口袋，口袋上方的α2螺旋形成一个类似盖子结构。体内外生理生化数据显示，口袋中与PA分子脂肪链结合的疏水性氨基酸以及α2螺旋对PA的结合与转运起着关键的作用，Mdm35与Ups1结合区域的氨基酸对复合体的稳定以及对PA的正常转运起到重要作用。结构分析还发现一个位于Ups1分子表面带正电荷的亲水区，研究提示该区域有助于复合体结合到膜上获取PA。 基于Ups1-Mdm35-PA复合物结构，我们构建了Ups1-Mdm35与CL结合的的分子模型，提出了线粒体Ups1-Mdm35复合体转运PA并受CL反馈调控机理的模型:Ups1依靠其分子表面正电荷区靠近线粒体外膜，Ups1上的α2螺旋构象变化结合外膜PA分子，并释放到内膜供给CL合成。当内膜上CL合成过量时，CL利用四条脂肪链中的两条结合Ups1，另两条链插入内膜从而将Ups1捕获在内膜上，反馈调控Ups1-Mdm35对PA的转运。同时，我们还预测并分析了同源蛋白复合物Ups2-Mdm35，Ups3-Mdm35的结构，提出其结构上的差异导致其转运不同的底物。Ups1-Mdm35代表了MSF1/PRELI蛋白家族首个参与PA转运的蛋白复合物，它的结构解析及一系列功能研究为理解线粒体膜间隙脂质转运机制提供了全新的视角。