清華生命學(xué)院楊茂君教授研究組在《細(xì)胞研究》上發(fā)表學(xué)術(shù)論文
闡明TRIM家族泛素連接酶的作用機(jī)制
清華新聞網(wǎng)4月16日電 4月11日，清華大學(xué)生命學(xué)院楊茂君教授研究組在Cell Research（細(xì)胞研究）上在線發(fā)表了學(xué)術(shù)論文Structural insight into the TRIM family of ubiquitin E3 ligases（TRIM泛素連接酶家族蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究）。清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院楊茂君教授為本文的通訊作者，生命學(xué)院博士研究生李洋，吳涵和卓微為共同第一作者。
圖示TRIM69螺旋-螺旋結(jié)構(gòu)域的結(jié)構(gòu)及TRIM家族蛋白模型
A．TRIM69螺旋-螺旋結(jié)構(gòu)域的結(jié)構(gòu)
B．同源二聚體及異源二聚體蛋白模型
C．同源二聚體及異源二聚體蛋白體外泛素化結(jié)果
D．TRIM家族蛋白N端具有保守的EE motif
文章報(bào)道了TRIM69中螺旋-螺旋結(jié)構(gòu)域的高分辨晶體結(jié)構(gòu)，并通過生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)等手段系統(tǒng)地闡明了此類蛋白質(zhì)家族在底物識(shí)別及泛素轉(zhuǎn)移等過程的分子機(jī)制，為理解TRIM家族蛋白質(zhì)在天然免疫、腫瘤發(fā)生、細(xì)胞分化、個(gè)體發(fā)育及細(xì)胞凋亡等過程中的調(diào)控機(jī)制提供了新的視點(diǎn)。
迄今為止在人類基因組中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了近80個(gè)TRIM家族蛋白，其中很多被證明具有泛素連接酶活性而參與機(jī)體的各種生命活動(dòng)。TRIM家族蛋白的N端含有相對(duì)保守的三個(gè)結(jié)構(gòu)域，分別是鋅指結(jié)構(gòu)域，B-box結(jié)構(gòu)域以及螺旋-螺旋結(jié)構(gòu)域，而它們的C端則不是特別保守。
在以往的研究中，對(duì)于螺旋-螺旋結(jié)構(gòu)域的研究是相對(duì)較少的，有研究顯示該結(jié)構(gòu)域很有可能是用來(lái)介導(dǎo)TRIM家族蛋白形成同源寡聚體或者異源寡聚體。楊茂君教授實(shí)驗(yàn)室通過X-射線晶體衍射的方法解析了TRIM69的螺旋-螺旋結(jié)構(gòu)域的高分辨率晶體結(jié)構(gòu)。解析的螺旋-螺旋結(jié)構(gòu)域形成長(zhǎng)達(dá)168埃的反向平行的二聚體，該結(jié)構(gòu)的解析徹底推翻了之前所有關(guān)于TRIM家族作用機(jī)制的論文中的TRIM蛋白形成正向平行的模型。通過生物信息學(xué)對(duì)已有的TRIM家族蛋白螺旋-螺旋結(jié)構(gòu)域進(jìn)行氨基酸序列比對(duì)，發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定二聚體結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵氨基酸在所有TRIM家族蛋白中是非常保守的。
結(jié)合以往的研究，作者提出了TRIM家族蛋白形成同源或異源二聚體的模型。并依據(jù)一系列的體內(nèi)和體外體內(nèi)外細(xì)胞及生化實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了TRIM家族蛋白發(fā)揮泛素連接酶功能的“組合拳”模型，即兩端的RING結(jié)構(gòu)域協(xié)同發(fā)揮作用。此外，以往的研究顯示鋅指結(jié)構(gòu)需要形成二聚體才能發(fā)揮功能，在該研究中發(fā)現(xiàn)只保留一端的鋅指結(jié)構(gòu)域的異源二聚體蛋白也具有活性，這對(duì)鋅指結(jié)構(gòu)域以及TRIM家族蛋白都是一個(gè)重要的新發(fā)現(xiàn)。同時(shí)該研究發(fā)現(xiàn)大部分的TRIM家族成員的N端都含有一個(gè)保守的主要有兩個(gè)谷氨酸組成的酸性區(qū)域，通過谷氨酸突變蛋白的體內(nèi)體外泛素化實(shí)驗(yàn)，證明了這兩個(gè)酸性氨基酸對(duì)單個(gè)RING結(jié)構(gòu)域具有泛素轉(zhuǎn)移酶的活性起到重要作用。這些發(fā)現(xiàn)對(duì)于今后研究TRIM家族蛋白的生物學(xué)功能具有重要的指導(dǎo)意義。
楊茂君教授研究組從2008年起，針對(duì)蛋白質(zhì)泛素化系統(tǒng)中的關(guān)鍵科學(xué)問題在結(jié)構(gòu)和功能方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，取得了部分研究成果。先后在 Molecular Cell （2010）；Protein & Cell（2011）；J Biol Chem（2013）；Nature（2014）及 Cell Research（2014）等雜志發(fā)表系列論文，為深入理解蛋白質(zhì)泛素化在調(diào)控疾病發(fā)生及發(fā)展過程中的作用機(jī)制提供了重要線索。
清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院高寧教授及其博士研究生張一小，陳曄光教授及其博士研究生程敏章也參與了該研究工作。中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所王琳芳院士和中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所的李衛(wèi)研究員為本文共同通訊作者。上海同步輻射光源(SSRF)BL17U1線站為數(shù)據(jù)收集提供了及時(shí)有效的支持。該系列研究獲得國(guó)家自然科學(xué)基金委重點(diǎn)項(xiàng)目（31030020）的支持。
供稿：生命學(xué)院 編輯：襄樺
