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中國科大揭示α-tubulin末端去酪氨酸酶的催化機制及其在有絲分裂中的重要功能

時間:2019-06-17 14:05:52 來源:合肥微尺度物質科學國家研究中心

  近日, 中國科學技術大學許超教授課題組,南方科技大學黃鴻達教授課題組及丹麥-哥本哈根大學Marin Barisic教授課題組合作,解析了α-tubulin末端去酪氨酸酶復合物SVBP/Vasohibin-1以及該異二聚體分別與α-tubulin羧基端模擬多肽、抑制劑分子epoY的高分辨復合物晶體結構,通過研究其功能突變體的體外/體內酶活確定了SVBP/Vasohibin-1復合體的底物結合界面及催化機制,并通過細胞生物學實驗發現其在星體微管的形成中具有重要作用從而參與調節有絲分裂進程。相關成果以“Molecular basis of vasohibins-mediated detyrosination and its impact on spindle function and mitosis”為題,于6月6日以Article形式在線發表于《Cell Research》雜志。


  微管是細胞骨架系統的重要組成,微管在維持細胞形態,細胞內物質/細胞器運輸,細胞區室化,有絲分裂等重要生命活動中具有不可替代的作用。微管是由α-tubulin/?-tubulin異源二聚體在GTP存在下形成的由13條微管原絲環繞形成的中空管狀復合物(除鞭毛、纖毛中的特質化微管結構)。微管結構的動態調節對生命活動至關重要,除了通過在微管形成中摻入不同亞型的微管蛋白以及結合各種微管結合蛋白外,微管蛋白的可逆翻譯后修飾(如磷酸化、乙酰化、甲基化、谷氨酰化、甘氨酰化、泛素化、SUMO化、酪氨酸/去酪氨酸化)在調節微管動態方面扮演了重要角色。其中微管蛋白的酪氨酸/去酪氨酸在調節微管穩定性方面的研究開展較早,并且負責α-tubulin末端的酪氨酸連接酶在九十年代就已經發現。然而,從發現α-tubulin的去酪氨酸修飾的四十多年來,α-tubulin的去酪氨酸酶一直是未知,直到2017年末,兩篇發表于《Science》雜志的文章揭示SVBP/Vasohibin復合物是α-tubulin末端去酪氨酸酶 (PMID: 2914686929146868),這才閉環了微管的酪氨酸/去酪氨酸修飾環路。


  Vasohibin蛋白家族包含兩個同源蛋白VASH1和VASH2,屬于非典型的半胱氨酸蛋白酶家族,屬于上皮細胞分泌蛋白,其蛋白的穩定性和功能的執行需要其伴侶分子SVBP (Small vasohibin-binding protein)。先前的報道, Vasohibin蛋白在血管生成方面具有重要作用,并且兩個同源蛋白VASH1和VASH2的作用是拮抗的,并未發現其執行蛋白酶的功能。通過解析SVBP/Vasohibin-1分別與α-tubulin羧基端模擬多肽的復合物晶體結構,并結合體外生化、質譜、細胞內酶活試驗,此研究揭示了VASH1蛋白具有非典型的催化活性中心 (Cys-His-Leu),該催化活性中心在VASH2及其他物種的Vasohibin同源蛋白中保守,同時也揭示SVBP促進VASH1酶活的分子機制。由于微管去酪氨酸化在有絲分裂中的重要性,在細胞內敲低Vasohibin蛋白將抑制有絲分裂期中星體微管的形成。此外,所解析的抑制劑分子epoY與SVBP/Vasohibin-1也揭示了先前epoY不可逆抑制Vasohibin蛋白酶活的分子機制,有助于后續靶向藥物的研發。


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SVBP/VASH1分別與epoY, 模擬α-tubulin羧基端多肽的復合物晶體結構,敲低Vasohibin蛋白會影響紡錘體微管長度,并抑制星體微管的形成。


  本文第一作者為許超教授課題組特任副研究員廖善暉、Marin Barisic教授課題組博士后Girish Rajendraprasad、黃鴻達教授課題組博士后汪娜,許超教授、Marin Barisic教授、黃鴻達教授為共同通訊作者。


  此工作獲得了國家基金委、合肥微尺度物質科學國家研究中心、中組部人才計劃及中科院先導項目支持。


  論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41422-019-0187-y


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