蘇氨酸磷酸裂解酶三種狀態的晶體結構

 

2007年12月16日，北京生命科學研究所柴繼傑博士實驗室在《自然—結構與分子生物學》（Nature Structural & Molecular Biology）雜誌上在線發表題為「Structural basis for the catalytic mechanism of phosphothreonine lyase」的文章。該文章報導了蘇氨酸磷酸裂解酶SpvC三種狀態的晶體結構，以及對此類酶家族的生化分析和酶學機制的闡述。

 

沙門氏菌的致病蛋白SpvC屬於一種全新的被稱為蘇氨酸磷酸裂解酶的蛋白酶家族一員。蘇氨酸磷酸裂解酶可以特異性的識別絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）激活位點的磷酸化蘇氨酸和酪氨酸（pTXpY）序列，並不可逆的去除磷酸化蘇氨酸的磷酸基團，使反應後的MAPK成為不可激活狀態。SpvC的這種性質可以阻斷宿主細胞免疫信號通過MAPK通路的傳遞，幫助沙門氏菌對宿主細胞的侵染。為了闡明SpvC是如何特異性的識別並滅活宿主的MAPK蛋白，他們解析了SpvC在自由狀態，模擬結合底物磷酸的硫酸根結合狀態以及結合底物肽段的複合物狀態的三種晶體結構。在分析並比較這三種結構的基礎上，他們結合生化分析實驗成功的闡明了SpvC這類蘇氨酸磷酸裂解酶的識別和酶的催化機制。底物結合誘導了SpvC活性中心發生很大的構象變化，從而使底物肽段的磷酸化蘇氨酸被包圍在疏水環境中，使溶劑分子不能接觸。這不僅有利於催化消除反應，同時也保證了SpvC的功能不是一般需要溶劑參與的磷酸酶的水解反應，即不能作為磷酸化酶。SpvC的底物特異性主要是通過識別磷酸化蘇氨酸的磷酸基團和磷酸化酪氨酸的胺基酸殘基而產生，從而解釋了為什麼這類酶可以作為MAKP一般抑制劑。蘇氨酸的甲基對底物的識別具有重要作用，保證了這類酶對磷酸化蘇氨酸底物具有更高的活性（與磷酸化絲氨酸相比）。同時，結合生化實驗，他們提出了這類酶催化機制。SpvC的賴氨酸Lys136可能作為親核基團，進攻磷酸化蘇氨酸的α-氫原子從而進行消除反應。在此過程中，SpvC中的組氨酸His106可能作為起著催化酸的作用。

 

陳琳潔（北京生命科學研究所碩士畢業生），王華翌（博士研究生）為本文共同第一作者；其他參與此項工作的還有，張杰（北京生命科學研究所博士畢業生），谷立川(山東大學研究員），黃牛（北京生命科學研究所研究員）和周儉民（北京生命科學研究所研究員）。北京生命科學研究所研究員柴繼傑博士是本文的通訊作者。

 

此項研究為科技部863和北京市科委資助課題，在北京生命科學研究所完成。（來源：北京生命科學研究所）

 

（《自然—結構與分子生物學》（Nature Structural & Molecular Biology），doi:10.1038/nsmb1329，Linjie Chen，Jijie Chai）