7月25日，《自然-通訊》（Nature Communications）在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所馮巍課題組撰寫的題為The architecture of kinesin-3 KLP-6 reveals a multilevel-lockdown mechanism for autoinhibition的研究論文。該研究首次報(bào)道kinesin-3家族KLP-6蛋白處于自抑制狀態(tài)的全長(zhǎng)蛋白高分辨率結(jié)構(gòu)；采用生物化學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)手段闡釋kinesin-3的多層次自抑制機(jī)制，為探索kinesin-3的活性調(diào)控奠定基礎(chǔ)。

驅(qū)動(dòng)蛋白（kinesin）是馬達(dá)蛋白的一種，存在于多細(xì)胞生物體內(nèi)，依靠水解ATP提供能量，沿著25納米粗細(xì)的微管軌道運(yùn)輸各種貨物以供應(yīng)細(xì)胞生命活動(dòng)。驅(qū)動(dòng)蛋白在細(xì)胞中執(zhí)行大量關(guān)鍵任務(wù)，因而其活性受到嚴(yán)格調(diào)控。驅(qū)動(dòng)蛋白失活或過度激活均會(huì)對(duì)細(xì)胞正常功能的發(fā)揮產(chǎn)生不利影響，導(dǎo)致多種疾病發(fā)生。

多年來，馮巍課題組致力于驅(qū)動(dòng)蛋白激活與自抑制分子機(jī)制的研究。課題組運(yùn)用生化和細(xì)胞生物學(xué)手段，提出kinesin-3家族蛋白二聚化的結(jié)構(gòu)模型，并揭示其由馬達(dá)結(jié)構(gòu)介導(dǎo)的自抑制機(jī)制。然而，由于全長(zhǎng)蛋白結(jié)構(gòu)模型的缺失，關(guān)于驅(qū)動(dòng)蛋白激活和抑制狀態(tài)的認(rèn)知尚不完整。

基于驅(qū)動(dòng)蛋白自身的特點(diǎn)，獲得性質(zhì)均一的全長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)蛋白是頗挑戰(zhàn)性。本研究中，經(jīng)過反復(fù)篩選，科研人員將研究對(duì)象鎖定為來自線蟲的kinesin-3 KLP-6。經(jīng)過蛋白表達(dá)和純化方式的不斷摸索，研究最終得到蛋白并解析了KLP-6全長(zhǎng)蛋白的X-射線晶體結(jié)構(gòu)。得益于全長(zhǎng)蛋白的結(jié)構(gòu)解析，研究首次觀察到完整的、處于抑制狀態(tài)下的驅(qū)動(dòng)蛋白結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)分析顯示，整個(gè)KLP-6蛋白呈緊湊的自折疊狀態(tài)，蛋白中的Coiled-Coil區(qū)域（CC1和CC2）與內(nèi)部多個(gè)不同結(jié)構(gòu)域協(xié)同工作，依次鎖定KLP-6的頸部區(qū)域和馬達(dá)結(jié)構(gòu)域。其中，CC1熔斷成三個(gè)短的螺旋，這些短螺旋與馬達(dá)結(jié)構(gòu)域、頸部區(qū)域相互作用，限制頸部區(qū)域的二聚化。同時(shí)，CC2與其相鄰的FHA、MBS結(jié)構(gòu)域以及尾部的MATH結(jié)構(gòu)域整合形成一個(gè)超模塊。該超模塊包裹在馬達(dá)結(jié)構(gòu)域外圍，一方面阻止馬達(dá)結(jié)構(gòu)域中ADP分子的釋放，另一方面妨礙馬達(dá)結(jié)構(gòu)域與微管軌道的結(jié)合?；谶@些結(jié)構(gòu)特征，該研究提出kinesin-3多層次自抑制的模型，并通過在內(nèi)部互作界面上引入點(diǎn)突變來驗(yàn)證該模型的合理性。研究分析了已知疾病相關(guān)點(diǎn)突變?cè)诮Y(jié)構(gòu)中的具體位置，結(jié)果顯示一些點(diǎn)突變恰好位于不同結(jié)構(gòu)域間的互作界面上，暗示這些點(diǎn)突變可能通過解除驅(qū)動(dòng)蛋白的自抑制，造成蛋白的過度激活從而進(jìn)一步導(dǎo)致疾病發(fā)生。

研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）及國(guó)家自然科學(xué)基金等的支持。

論文鏈接

驅(qū)動(dòng)蛋白kinesin-3家族多層次自抑制及其貨物介導(dǎo)激活的機(jī)制模型

來源：中科院