來自清華大學生科院的研究人員發表了題為“Crystal structure of the yeast metacaspase Yca1”的文章,報道了一種重要的蛋白酶:Yca1 metacaspase的晶體結構(分辨率為1.7 angstrom),并由此分析了這種酶的作用特點。相關成果公布在The Journal of Biological Chemistry雜志上。
這項研究由清華大學施一公研究組完成,施一公教授為通訊作者,這是這一研究組在結構生物學研究領域取得了又一重要成果。
在哺乳動物中,凋亡被一組蛋白酶caspases定向激活,導致特異性底物斷裂,觸發細胞死亡。而在酵母中,環境損傷、細胞內缺陷、預凋亡基因的異源表達誘導,具有典型凋亡特征的酵母細胞死亡,與一種caspase同系物:metacaspase緊密相關。研究顯示,如果缺乏這種酶,那么就可以阻礙不同因素引起的酵母細胞死亡。
在芽殖酵母Saccharomyces cerevisiae中發現的唯一一個I型metacaspase,稱為酵母caspase-1(YCA1),由基因YCA1 或MCA1 (Yor197w)編碼,是一種clan CD半胱氨酸蛋白酶。科學家們發現,雖然酵母是一種單細胞真核生物,但是也有細胞死亡進程,這種進程讓人聯想到細胞凋亡。
目前的研究顯示Yca1在這些凋亡進程中扮演了重要的角色,不過其結構和功能依然是一個未解之謎。為了解開這個謎題,在這項研究中,研究人員揭示了 Yca1 metacaspase的晶體結構(分辨率為1.7 angstrom),并從中證實了其與caspase相似的折疊。
但是研究人員也通過將其與典型的半胱氨酸比對,發現Yca1可以在溶液和晶體結構中保持單體,而典型的半胱氨酸則包含有一個6β鏈。而Yca1中一對額外的反平行β鏈能形成帶有6個caspase常見β鏈的連續β折疊,阻止可能的二聚體形成。
除此之外,研究人員還發現了一個與之前認知不同的結構——之前的研究曾表明,Yca1在酵母中有一個自我催化處理的過程,細菌中的過表達也會導致Yca1自動分解成兩部分。而研究則發現了兩個自我催化的過程,Yca1的蛋白活性會通過鈣離子極大的得以促進。
這些研究數據表明,Yca1是一種鈣離子激活的半胱氨酸蛋白酶,能在酵母脅迫應答過程中,消化特殊的底物。
這項研究成果是施一公教授研究組繼3月份解析大腸桿菌谷氨酸:γ-氨基丁酸(GABA)反向轉運蛋白 (GadC) 的晶體結構后的又一重要成果。
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