分子伴侶Hsp70輔助蛋白摺疊變構調節方式的解析

2020-11-29 中國生物技術信息網

分子伴侶Hsp70輔助蛋白摺疊變構調節方式的解析

來源：生物催化劑設計與改造服務公眾帳號   發布者：管理員   日期：2015-09-24   今日/總瀏覽：1/4266


2015年9月18日Nature communication發表了分子伴侶Hsp70輔助蛋白摺疊的變構調節的機制研究。結果表明核酸結合結構域（NBD）通過保守的氫鍵網與底物結合結構域（SBD）作用抑制ATPase活性，而與底物的結合激發ATP水解，ATP誘導底物釋放比底物激發ATP水解對Hsp70的活性更重要。這些證據首次解析了分子伴侶Hsp70的分枝變構調節機制。

底物結合結構域（SBD）通過與核酸結合結構域（NBD）形成氫鍵網抑制ATPase活性。前期，大腸桿菌大腸桿菌Hsp70蛋白DnaK與ATP結合的開放結構被解析證明了SBD與NBD之間廣泛的氫鍵網。研究者通過分析氫鍵網絡中關鍵胺基酸Asp481的DnaK變體，證明這樣的相互作用對SBD和NBD之間信號傳導，及抑制ATPPase活性是必需的。

底物與SBD結合促使ATPase活性。底物與底物結合結構域（SBD）結合後會導致結合口袋附近疏水胺基酸Val440轉移與Leu484相互作用，而Leu484轉移後與核酸結合結構域（NBD）的Asp140通過氫鍵作用，繼而引發ATP的水解。而DnaK-V440A/L484A/D148A可以NBD傳遞給SBD，但卻不能引發ATP水解。

F146A阻止NBD向SBD信號轉移。對於野生型的DnaK，ATP的水解促使NBD信號轉向SBD，即導致底物蛋白釋放。通過結構和突變體分析發現F146A保留了底物結合激活ATP水解的作用，但卻很大程度喪失了隨後底物蛋白的釋放作用。

最後，通過體外和體內蛋白摺疊實驗，表明ATP水解激發底物釋放過程比底物結合引起的ATPase活性對DnaK的正常功能更重要。

這些結果首次證明分子伴侶Hsp70的分枝變構調節機制，為全面了解Hsp70家族的變構模型提供了基礎。

劉金樂 摘自： http://www.nature.com/ncomms/2015/150918/ncomms9308/full/ncomms9308.html

更多生物催化內容請關注微信公眾服務號：生物催化劑設計與改造服務（STS-iDeep）

相關新聞

相關焦點

  • Cell:分子伴侶Hsp70讓細胞的蛋白合成速度最大化
    每個細胞含有上千種不同的蛋白，每種蛋白在有機體中具有特定的功能。蛋白合成的藍圖儲存在基因中。作為細胞中的大分子機器，核糖體讀取這種遺傳信息，並利用它合成較長的胺基酸鏈。這些所謂的多肽隨後需要「摺疊」成三維結構，從而形成功能性蛋白。蛋白合成是高度複雜的，容易出現錯誤，因此被稱作分子伴侶的分子摺疊輔助者監管和指導這個至關重要的過程。
  • 伴侶蛋白調節HSP70機制研究獲進展
    該論文闡明了人源誘導型分子伴侶HSP70的C-端螺旋亞結構域在輔伴侶蛋白HSJ1a結合和激活ATP酶活性的過程中發揮著重要作用，也是首次觀察到J蛋白結合HSP70後引起C-端螺旋構象的變化。 神經特異性表達的輔伴侶蛋白HSJ1a是輔伴侶蛋白家族的一員，它同時具備與分子伴侶HSP70作用並調節其ATP酶活性的J結構域和能與泛素結合的UIM結構域。
  • JBC:胡紅雨等提出輔伴侶蛋白調節HSP70的ATP酶活性的分子機制
    該論文闡明了人源誘導型分子伴侶HSP70的C-端螺旋亞結構域在輔伴侶蛋白HSJ1a結合和激活ATP酶活性的過程中發揮著重要作用，也是首次觀察到J蛋白結合HSP70後引起C-端螺旋構象的變化。神經特異性表達的輔伴侶蛋白HSJ1a是輔伴侶蛋白家族的一員，它同時具備與分子伴侶HSP70作用並調節其ATP酶活性的J結構域和能與泛素結合的UIM結構域。
  • . | 「光學鑷子」助力研究蛋白變構的分子機制
    在本文中作者關注的一類信號傳導模塊是環核苷酸結合結構域(Cyclic nucleotide-binding domains, CNBD)，CNBD是普遍存在且結構保守的domain，主要功能是調節與環核苷酸有關的蛋白激酶、鳥嘌呤核苷酸交換因子，核苷酸門控通道和轉錄因子的活性。迄今為止關於CNBD的結構域調節多種蛋白功能的general的研究仍然是缺乏的。
  • 生物物理所等在分子伴侶的動力學機制研究方面取得進展
    該論文報導了利用單分子螢光技術研究人源應激型Hsp70蛋白的構象動態及與輔分子伴侶Hsp40相互作用的動力學機制。Hsp70蛋白是分子伴侶系統的核心成員之一，參與細胞內蛋白質摺疊、轉運、降解等多種生理活動，對於維持細胞內蛋白質穩態平衡具有重要作用。
  • 劉劍峰團隊解析鈣離子敏感受體的變構調節機制
    G蛋白偶聯受體（G protein-coupled receptors）是細胞膜上最大的膜受體超家族，也是重要的藥物靶點，眾多營養物質的感受都是由該類受體介導的。鈣離子敏感受體（calcium-sensing receptor）是一種典型的感受營養物質的G蛋白偶聯受體，能夠被多種內源性或外源性物質（如陽離子、胺基酸、多胺、氨基糖苷類抗生素等）激活和調節。
  • JBC:分子伴侶幫助蛋白質摺疊的分子機理
    2015年5月19日 訊 /生物谷BIOON/ --分子伴侶是一種協助蛋白質進行摺疊的分子助手，其中一種伴侶分子是所謂的熱激蛋白60（Hsp60），這種蛋白可以在線粒體中形成一種類似於「桶狀」的結構，從而便於蛋白摺疊過程的發生，近日刊登於the Journal of Biological Chemistry上的一篇研究論文中，來自弗萊堡大學的研究人員揭示了這些「桶狀」蛋白結構形成的分子機制。
  • 研究發現關鍵內質網伴侶蛋白協同自噬途徑負反饋調節細胞應激反應...
    這一調控機制的發現為分子伴侶蛋白維持細胞內穩態的作用和機制提供了新認識。　　內質網作為蛋白質加工的重要場所，其穩態對於維持蛋白質代謝平衡有至關重要的作用。內質網內未摺疊或錯誤摺疊的蛋白質的過度滯留會引起內質網應激。持續高水平的內質網應激與多種代謝性疾病的發生和進展密切相關，如肥胖、胰島素抵抗、2型糖尿病、脂質代謝異常等。
  • Cell:科學家揭示分子伴侶催化蛋白質正確摺疊的分子機制
    ，這個過程叫做蛋白質摺疊，是一種重要的生物學過程。實際上蛋白質在進行不恰當的摺疊過程中，其就不會在履行正常的職責了，或者說是其會聚集在一起形成無用的聚集體，隨後則將引發一系列疾病，比如阿爾茲海默氏症等，因此為了避免蛋白質發生這樣的不恰當摺疊，就需要有蛋白質分子伴侶的幫助，其可以幫助蛋白質以使得蛋白質順利完成摺疊成為有用的蛋白質。
  • Nature | 膜內分子伴侶複合物協助膜蛋白的生物合成
    為了對該問題進行解析，2020年8月19日，英國劍橋MRC分子生物學實驗室Ramanujan S.，作者們對G蛋白偶聯受體GPCRs生物合成過程中不同階段中間產物的相互作用伴侶進行鑑定。翻譯停滯的複合物中包含不同長度的新生多肽，可以通過在跨膜結構域TMD1區域引入的半胱氨酸（圖2）與鄰近的蛋白發生相互作用，可以用該方法「釣到」協助跨膜蛋白生物合成的分子伴侶。在早期階段（TMD1產生和插入的階段），半胱氨酸交聯主要釣取到的是與核糖體相關蛋白。
  • PNAS | 復旦揭示植物組蛋白分子伴侶識別組蛋白的結構基礎
    NRP1以多種方式識別組蛋白H2A-H2B的分子機制。H2A-H2B重要的分子伴侶，最早在非洲爪蟾的受精卵中被分離且具有核小體組裝活性；隨後在酵母、動物和植物中都發現了NAP1的同源蛋白，而且NAP1家族蛋白在進化過程中具有很強的保守性。
  • 「摺疊錯誤」的蛋白也有正能量
    通常，細胞內外各類生理生化過程不僅需要特定的功能蛋白質，還需要這些蛋白分子形成相應的高級結構和形狀。因此，蛋白的狀態直接影響機體各類生理生化反應的進行。　　以往大量研究表明，蛋白的異常聚集會給細胞和生物體帶來負面影響。蛋白分子是由不分支的肽鏈組成的，從新合成的肽鏈到具有特定三維結構和生理功能的蛋白質，需要複雜精細的肽鏈摺疊和加工過程。
  • Nat Commun:科學家揭示分子伴侶如何保護核糖體蛋白
    2017年2月7日訊 /生物谷BIOON/ --在核糖體這個複雜的蛋白質合成機器上每個組成核糖體的蛋白都有自己的分子伴侶將其指引到正確位置，在一項新研究中，研究人員了解到了更多關於核糖體分子伴侶如何發揮作用的信息，發現每個分子伴侶都會以獨特的方式與被保護的蛋白結合。研究人員藉助X射線晶體成像技術解析了結合分子伴侶的核糖體蛋白的原子結構。「組裝核糖體的過程有點像做麵包。每一種成分都會有特別適合它們尺寸和形狀的包裝，一直到組裝的時候才會拆開包裹彎曲成需要的形狀。
  • 分子伴侶和異構酶合作機理揭開 可促進蛋白質正確的摺疊活動
    蛋白質摺疊問題是分子生物學中心法則尚未解決的一個重大生物學問題。近日，德國科學家實驗發現，蛋白質摺疊過程中分子伴侶亞基能夠增強異構酶的活性，兩者功能的聯合產生了高效的蛋白質摺疊輔助作用。相關研究成果發表在近期的《美國國家科學院院刊》上。 　　    胺基酸鏈必須摺疊成特定的空間結構，蛋白質才具有生物學功能。當一種蛋白質沒有正確地摺疊時，會導致很多種疾病，例如鐮刀型細胞貧血症、狂牛症和老年痴呆症等。
  • 下列關於酶活性調節描述中,不屬於酶變構調節特點的是( )
    下列關於酶活性調節描述中，不屬於酶變構調節特點的是（　） A.酶蛋白分子中存在調節部位或調節亞基 B.變構劑與酶蛋白分子非共價結合 C.消耗ATP D.屬於快速調節
  • ...復旦大學董愛武團隊與麻錦彪團隊合作揭示植物組蛋白分子伴侶...
    【前沿進展】復旦大學董愛武團隊與麻錦彪團隊合作揭示植物組蛋白分子伴侶識別組蛋白的結構基礎 2020-11-20 17:04 來源：澎湃新聞·澎湃號·政務
  • HSP70降解澱粉樣蛋白的分子機制
    HSP70降解澱粉樣蛋白的分子機制 作者：小柯機器人 發布時間：2020/11/14 23:34:31 海德堡大學（ZMBH）和德國癌症研究中心（DKFZ）Bernd Bukau及其團隊揭示了人
  • 科學家解析蛋白質量控制
    G蛋白三聚體是G蛋白偶聯受體（GPCR）信號通路中的重要分子，由α、β和γ三個亞基構成。由於β亞基具有7個重複的WD結構域形成的螺旋槳狀的空間結構，新合成的Gβ需要分子伴侶來對其進行正確的摺疊。而且，Gβ需要與Gγ形成異源二聚體才能具有穩定的構象並形成有功能的蛋白質複合物。
  • 研究揭示蛋白酶體在泛素鏈誘導下的變構及底物識別機制
    因此，解析K48連接的多泛素鏈與蛋白酶體結合形成複合體的三維結構，將為深入理解泛素鏈結合引起蛋白酶體構象變化進而引發底物降解的分子機制提供關鍵信息。然而，由於蛋白酶體存在泛素鏈的多個結合位點以及蛋白酶體自身的動態特性，給捕獲初始階段蛋白酶體識別並結合多聚泛素鏈的狀態帶來極大挑戰，由泛素鏈結合引發的蛋白酶體底物降解的分子機制亟待闡明。
  • 組蛋白分子伴侶OsChz1調控染色質結構的分子機制
    Nature Comm | 復旦大學董愛武/沈文輝合作揭示組蛋白分子伴侶OsChz1調控染色質結構的分子機制真核生物DNA複製、轉錄與修復一直伴隨著核小體的組裝/去組裝過程，該過程需要依賴組蛋白分子伴侶的幫助。已有的研究發現，酵母Chz1是組蛋白變體 H2A.Z特異的組蛋白分子伴侶，系統進化樹分析顯示在酵母、真菌、植物及動物中都存在Chz1同源蛋白，但目前對Chz1蛋白的功能研究僅在酵母中被報導。