面向世界科技前沿,面向国家重大需求,面向国民经济主战场,率先实现科学技术跨越发展,率先建成国家创新人才高地,率先建成国家高水平科技智库,率先建设国际一流科研机构。

——中国科学院办院方针

北京赛车 > 科研进展

研究揭示真核生物磷脂酶D的结构与机制

2019-10-18 分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所
【字体:

语音播报

  1016日,Cell research 在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心张鹏研究组题为Crystal structure of plant PLDα1 reveals catalytic and regulatory mechanisms of eukaryotic phospholipase D 的研究论文。该研究解析了植物磷脂酶Dα1及其与产物磷脂酸(PA)复合体的晶体结构,详细阐释了真核生物磷脂酶D催化磷脂产生磷脂酸及其活性调节的分子机制。

  磷脂酶(Phospholipase, PL)催化细胞膜上磷脂的水解。根据水解部分的不同,人们将磷脂酶分成磷脂酶A1A2C和磷脂酶D (PLD)1)。磷脂酶的功能一方面通过酰基转移实现细胞内磷脂的重新合成与分配;另一方面水解产生脂质信号分子,调控生物体许多重要生理过程,如PLC水解PIP2产生三磷酸肌醇(IP3)和二酰基甘油(DG),PLD水解多种磷脂产生PA。真核生物PLD最先在植物中克隆鉴定,之后在动物及其他生物体中陆续得到鉴定,是生物中高度保守的一类酶。在结构域组成上,PLD包含N端结合磷脂/细胞膜的PX/PH/C2结构域和C端负责催化的HKD结构域。研究发现动物PLD1/2与细胞的生长发育、癌症发生、神经系统疾病如阿尔兹海默症、病毒入侵等疾病的发生密切关联。在植物中,有多达十几种PLDα1-3β1-2γ1-3δεζ1-2)被陆续鉴定。其中ζ1-2与动物中的PLD1/2相似,均属于PX/PHPLD,其余属于植物特有C2PLD。植物PLD在体内参与了多种重要生理与病理过程,包括:低温/干旱相应、病原侵染、种子萌发、花粉管伸长、根的发育等。然而,相比于其他三类磷脂酶(A1/A2/C),人们对PLD蛋白的三维结构、催化以及活性调控机制缺乏了解。

  在该研究中,研究人员以高等植物PLD蛋白作为研究对象,成功表达与纯化了有活性的目标蛋白,进而解析了拟南芥PLDα1处于底物非结合态及与产物PA结合态的晶体结构(1)。这是首次获得真核生物磷脂酶D的三维结构。结构分析揭示了:1)底物的结合口袋是处于两个HKD结构域之间的一个很大的疏水空腔,口袋上方有一个α螺旋和loop组成的盖子,在底物非结合态时,盖子覆盖在口袋上方,处于关闭状态;在产物PA(或底物)结合时,盖子发生构象变化呈开放状态,允许底物进入或者产物结合与释放。2)负责催化底物催化的两个HKD motif呈空间排布且保守,更正了以前文献报道中的错误。3)在活性中心附近存在一个保守的钙离子结合位点,为C2PLD发挥活性所必须。这一位点在PX/PHPLD中不存在,很好地解释了为什么C2PLD需要钙离子激活,而PX/PHPLD发挥活性不需要钙离子。4C2结构域与催化结构域的互作网络,C2结构域通过结合质膜/磷脂,从而将PLD定位到细胞膜,同时调节其催化活性。此外,该研究还发现已知的动物PLD1/2小分子抑制剂可以抑制PLDα1的活性,表明真核生物PLD蛋白具有相似的结构和催化/抑制机制。这些研究结果使人们对真核生物PLD蛋白的催化和活性调节机制有了全新的认识。研究结果为以真核PLD蛋白为靶标的小分子抑制剂筛选及优化设计指明了方向。

   张鹏研究组副研究员李建戌和上海师范大学生命科学学院副研究员俞芳是该论文的共同第一作者,张鹏为该论文的通讯作者。该研究得到中科院(先导B、青促会)、科技部、基金委及上海市的项目资助。实验数据收集工作得到上海光源19U1/17U1线站的支持与帮助。

  

  图:脂酶D及晶体结构。左图显示不同磷脂酶(PLA1PLA2PLCPLD)催化磷脂水解的位点,右图为磷脂酶D与产物磷脂酸(黄色棍棒模型)结合前后的三维结构叠加图,显示底物结合前后的构象变化。

打印 责任编辑:叶瑞优

扫一扫在手机打开当前页

© 1996 - 中国科学院 版权所有 京ICP备05002857号 京公网安备110402500047号

联系我们 地址:北京市三里河路52号 邮编:100864

  • 幸运28 秒速时时彩平台 秒速时时彩开奖 安徽快3 安徽快3 手机网投官网 秒速时时彩开奖 安徽快3 秒速时时彩平台 江苏快3