中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心（生物化學與細胞生物學研究所）叢堯研究組與中科院遺傳與發(fā)育研究所劉翠敏研究組合作，在Nature Plants上，在線發(fā)表了研究論文The cryo-EM structure of the chloroplast ClpP complex。該研究首次解析了萊茵衣藻葉綠體ClpP蛋白酶復合體及其結合輔助分子伴侶Cpn11/20/23的高分辨率冷凍電鏡結構，鑒定了ClpP復合體的亞基組成與排布，揭示了輔助分子伴侶Cpn11/20/23調(diào)節(jié)ClpP蛋白酶水解活性的分子機制。

植物葉綠體內(nèi)的大部分蛋白質(zhì)直接或間接參與光合作用。蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)主要由負責蛋白質(zhì)折疊的分子伴侶以及負責蛋白質(zhì)降解的蛋白酶體調(diào)控?？蒲袌F隊先前發(fā)現(xiàn)，葉綠體輔助分子伴侶Cpn20與分子伴侶素Cpn60相互作用協(xié)助蛋白質(zhì)折疊，同時，Cpn20與ClpP蛋白酶相互作用減慢ClpP降解底物的速度。

研究通過親合標簽在萊茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）葉綠體內(nèi)純化了完整的ClpP蛋白酶復合體。質(zhì)譜及免疫印跡結果表明，純化的蛋白中含有一定量的輔助分子伴侶Cpn11/20/23。體外生化實驗證明輔助分子伴侶Cpn11/20/23與ClpP存在相互作用，并抑制ClpP蛋白酶的底物降解活性。在此基礎上，科研團隊首次解析了ClpP復合體以及ClpP-Cpn11/20/23復合體的高分辨率冷凍電鏡結構，并進一步確定了ClpP及Cpn11/20/23各亞基的排布以及兩者相互作用的網(wǎng)絡和機制（圖A、B）。研究顯示，Cpn11/20/23結合于ClpP的底物運輸通道頂部，抑制了ClpP的蛋白酶活性。Cpn11/20/23利用相同的環(huán)結構，分別與分子伴侶素Cpn60及ClpP蛋白酶相互作用，這表明其在葉綠體內(nèi)重要的調(diào)控作用（圖C、D）。

該研究首次闡明了真核細胞葉綠體中ClpP復合體的三維結構和催化機理，發(fā)現(xiàn)了輔助分子伴侶Cpn11/20/23的全新生化功能，這為剖析分子伴侶素與蛋白酶相互配合共同調(diào)節(jié)葉綠體內(nèi)蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)提供了新的科學視角。

研究工作得到國家自然科學基金委員會、科學技術部、中科院和上海市科學技術委員會等的資助，并獲得國家蛋白質(zhì)科學研究（上海）設施冷凍電鏡系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫與計算分析系統(tǒng)及質(zhì)譜系統(tǒng)的支持。

論文鏈接

　　A、萊茵衣藻葉綠體ClpP-Cpn11/20/23復合體的冷凍電鏡結構，藍色為Clp蛋白酶復合體結構，頂部金色的“帽子”結構是輔助分子伴侶Cpn11/20/23；B、ClpP復合體的亞基排布示意圖；C、輔助分子伴侶Cpn11/20/23的亞基排布示意圖；D、輔助分子伴侶Cpn11/20/23調(diào)控ClpP復合體的分子機制示意圖

來源： 分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心