发现骨架蛋白INAD作用新机理

上一篇 / 下一篇  2011-08-26 23:32:57

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来自香港科技大学分子神经学重点实验室,复旦大学生物医药研究所等处的研究人员,发现了一种重要的骨架蛋白INAD的作用新机理,为进一步研究分析这种蛋白在光刺激下的氧化还原反应提供了重要信息。这一研究成果公布在《细胞》(Cell)杂志封面上。

文章的通讯作者是香港科技大学2011年候选院士张明杰教授,张明杰教授主要从事结构生物学,生物化学及其分子生物学的研究。他的调控神经细胞信号传递的蛋白质的结构和功能的研究成果,对于治疗神经系统衰退的疾病,如中风及老年痴呆症等,有着极为重要的影响。

INAD是一种重要的骨架蛋白,在果蝇光感受接受过程中扮演了重要的角色,是调控光感信号的骨架蛋白。之前的研究中,曾有研究人员在果蝇视觉感光系统里的INAD骨架蛋白中发现了PDZ结构域改变的现象——PDZ结构域,又称为“盘状同源区域”,是一种由80到100个氨基酸残基组成的保守序列,在真核生物,PDZ结垢域通常表现为串联重复拷贝,由80到90个氨基酸残基组成,包含两个α螺旋和六个β折叠。生物作用主要是介导膜上的蛋白聚集,结合目标蛋白的C端。

在这篇文章中,研究人员通过生化实验和结构生物学的研究分析,发现INAD骨架蛋白中的一种PDZ结构域:PDZ5的氧化还原作用是由其与另外一个INAD构象位点PDZ4相互作用调控的。这项研究发现INAD骨架蛋白里的PDZ5结构域具有氧化还原反应控制开关的作用,它可以在光刺激下,通过二硫键氧化还原作用来调控信号传导,将蛋白内部的半胱氨酸氧化,据此来调节与靶蛋白的结合过程,并触发下游信号通路。

研究人员在果蝇眼部实验中,证实INAD蛋白的PDZ结构域在光刺激下具有两种构象,在光照下,这种蛋白能从一种还原性的,靶向结合状态,转变成氧化性的,非靶向结合状态,这种构象开关取决于PDZ5结构域二硫键的改变。

INAD骨架蛋白包含有5个结构域,这项研究解析了其中的PDZ5和PDZ4之间的相互作用,及这种作用所产生的作用,这对于进一步研究分析INAD蛋白,以及相应的氧化还原作用具有重要的意义。

之前张明杰教授研究组就曾获得PDZ结构域研究的重要成果:他们利用核磁共振技术解出神经元一氧化氮合成酶的一个抑制蛋白的三维结构,次年又解出神经元一氧化氮合成酶一个重要区域与另一种蛋白形成的复合物的三维结构,一氧化氮合成酶含有的PDZ结构域在许多蛋白质相互作用中起重要作用,解出这个区域与其他蛋白结合的结构,对于生物化学领域有着重要的意义

推荐原文出处:

Cell    DOI:10.1016/j.cell.2011.05.015

The INAD Scaffold Is a Dynamic, Redox-Regulated Modulator of Signaling in the Drosophila Eye

Wei Liu, Wenyu Wen, Zhiyi Wei, Jiang Yu, Fei Ye, Che-Hsiung Liu, Roger C. Hardie, Mingjie Zhang

NAD is a scaffolding protein that regulates signaling in Drosophila photoreceptors. One of its PDZ domains, PDZ5, cycles between reduced and oxidized forms in response to light, but it is unclear how light affects its redox potential. Through biochemical and structural studies, we show that the redox potential of PDZ5 is allosterically regulated by its interaction with another INAD domain, PDZ4. Whereas isolated PDZ5 is stable in the oxidized state, formation of a PDZ45 “supramodule” locks PDZ5 in the reduced state by raising the redox potential of its Cys606/Cys645 disulfide bond by ~330 mV. Acidification, potentially mediated via light and PLCβ-mediated hydrolysis of PIP2, disrupts the interaction between PDZ4 and PDZ5, leading to PDZ5 oxidation and dissociation from the TRP Ca2+ channel, a key component of fly visual signaling. These results show that scaffolding proteins can actively modulate the intrinsic redox potentials of their disulfide bonds to exert regulatory roles in signaling.


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