唐淳研究组在泛素动态结构研究上获得重大突破

  • Posted on: 21 June 2017
  • By: liuk

 中国科学院武汉物理与数学研究所唐淳研究员带领的生物大分子动态学研究团队,于6月13日在《Proceedings of the National Academy of SciencesPNAS》在线发表题为“Ubiquitin S65 phosphorylation engenders a pH-sensitive conformational switch”的研究论文。他们的工作揭示了泛素单体的S65被磷酸化后,可呈现四种能相互转化的构象,他们解析了每种构象的三维结构,发现这些构象的组成比例受环境pH值调节;进一步,利用单分子荧光技术,他们发现泛素单体的构象变化还影响到泛素链的四级结构;最终他们提出,环境pH参与调节泛素动态结构变化是泛素与不同靶蛋白结合、执行不同功能的新调节机制。同时,该工作在方法学上也具有很好的借鉴意义,是综合系综研究手段与单分子技术同时解析生物大分子高分辨率结构与动态转换过程的典型代表。

磷酸化和泛素化是两种最为常见的蛋白质翻译后修饰。2014年有报道首次指出PINK1能催化泛素S65位点发生磷酸化,磷酸化泛素能激活PARKIN,导致参与线粒体自噬的发生,然而磷酸化泛素的生物学功能及其调节机制远未阐明。在中国科学院武汉物理与数学研究所生物大分子动态学研究团队发表的这篇PNAS论文中,该研究团队综合系综研究手段和单分子手段,采用生物磁共振技术、单分子荧光技术及其它生物物理方法,同时对磷酸化泛素的舒展态和收缩态结构与动态转换过程进行了精确的解析,发现舒展态和收缩态磷酸化泛素的磷酸基团有着截然不同的pKa值,分别为7.2和5.8。因此当溶液pH值升高时,磷酸化泛素会趋于收缩态结构,而当溶液pH值降低,磷酸化泛素会趋于舒展态结构。可见,磷酸化能赋予泛素对环境pH的敏感性,进而影响泛素的动态结构和功能。在细胞中,不同亚细胞部位有不同的pH值,细胞在不同的生理和病理状态下,局域的pH值也发生变化。因而,环境pH参与调节泛素的动态结构变化的发现,将对生物学研究具有深远的影响。

唐淳研究员带领的生物大分子动态学研究团队多年从事泛素动态结构的研究,已有了一系列重要发现。他们利用波谱分析,首次发现泛素单体之间存在极弱的非共价作用(Angew. Chem., 2012),这种非共价相互作用,可以调节泛素链亚基之间的四级结构,使泛素链通过构象选择机制与结构和功能各异的配体发生相互作用(eLife, 2015)。

      该研究团队的董旭副研究员和龚洲副研究员为本文共同第一作者。该团队培养的刘主博士,现就职于浙江大学医学院,为本文的共通讯作者参与相关研究成果的发表。这项研究得到了国家自然科学基金委、科技部和美国霍华德休斯医学研究所(HHMI)基金资助。

 

论文连接如下:http://www.pnas.org/content/early/2017/06/12/1705718114.abstract