Structure:小G蛋白與效應蛋白作用新方式

2020-11-27 生物谷

《細胞》子刊《結構》（Structure）雜誌於4月15日發表了中國科學院上海生命科學研究院生物化學與細胞生物學研究所丁建平研究員課題組的一項新研究成果，該項工作發現了小G蛋白與效應蛋白相互作用的一種新方式。

小G蛋白家族成員在信號通路中發揮分子開關的功能，參與調控很多生物學過程。當小G蛋白結合GTP時處於活性狀態、結合GDP時處於非活性狀態。小G蛋白激活後一般通過開關（Switch）區域與效應蛋白結合，從而調控下遊信號通路。小G蛋白ARL家族成員ARL2參與細胞內微管組裝的調控。此外，ARL2通過與效應蛋白BART的結合，維持 STAT3在細胞核內的定位，並參與線粒體ATP/ADP通道的調控。丁建平課題組博士生張天龍等運用結構生物學的方法解析了ARL2-GTP-BART複合物的晶體結構，發現ARL2以一種新的方式識別和結合BART，並進一步運用生物化學和分子生物學方法對ARL2-BART之間的相互作用進行了驗證。目前發現的ARL家族其他成員通過開關區域與效應蛋白相互作用，其N端α螺旋通過脂醯修飾定位在高爾基體膜上、不參與效應蛋白的結合。而ARL2除了通過其開關區域識別BART外，還利用N端α螺旋識別和結合BART表面的一疏水口袋，以增強對效應蛋白的特異性識別和結合、從而精確調控下遊信號通路。這種作用方式在小G蛋白與效應蛋白相互作用研究中是首次被發現。這一研究成果對進一步研究ARL家族成員的結構與功能的關係，闡釋ARL家族成員之間、以及與其它小G蛋白的功能差異的分子基礎具有重要意義。

該項工作得到國家科技部、國家自然科學基金、中國科學院和上海市科委的經費支持。（生物谷Bioon.com）

生物谷推薦原始出處：

Structure，doi:10.1016/j.str.2009.01.014，Tianlong Zhang，Jianping Ding

Crystal Structure of the ARL2-GTP-BART Complex Reveals a Novel Recognition and Binding Mode of Small GTPase with Effector

Tianlong Zhang1,2,Sheng Li1,2,Yichen Zhang1,Chen Zhong1,Zheng Lai1andJianping Ding1,,

1 State Key Laboratory of Molecular Biology and Research Center for Structural Biology, Institute of Biochemistry and Cell Biology, Shanghai Institutes for Biological Sciences
2 Graduate School of the Chinese Academy of Sciences Chinese Academy of Sciences, 320 Yue-Yang Road, Shanghai 200031, China

ARL2 is a member of the ADP-ribosylation factor family but has unique biochemical features. BART is an effector of ARL2 that is essential for nuclear retention of STAT3 and may also be involved in mitochondria transport and apoptosis. Here we report the crystal structure and biochemical characterization ofhuman ARL2-GTP-BART complex. ARL2-GTP assumes a typical small GTPase fold with a unique N-terminal α helix conformation. BART consists of a six α helix bundle. The interactions between ARL2 and BART involve two interfaces: a conserved N-terminal LLXIL motif of ARL2 is embedded in a hydrophobic cleft of BART and the switch regions of ARL2 interact with helix α3 of BART. Both interfaces are essential for the binding as verified by mutagenesis study. This novel recognition and binding mode is different from that of other small GTPase-effector interactions and provides molecular basis for the high specificity of ARL2 for BART.

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