6月4日,，Structure雜志在其最新的一期上發(fā)表了中國科學(xué)院生物物理研究所生物大分子國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室馮巍研究員與孫飛研究員合作完成的一項(xiàng)研究成果,。該項(xiàng)研究成果綜合了蛋白質(zhì)晶體學(xué)、低溫電鏡三維重構(gòu)技術(shù),、原子力顯微鏡以及分子動(dòng)力學(xué)模擬,，深入系統(tǒng)地研究了細(xì)胞極化發(fā)生因子Par-3 N-端結(jié)構(gòu)域自組裝的分子機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn),，Par-3 N-端結(jié)構(gòu)域通過靜電相互作用形成首尾相接,，螺旋上升的組裝結(jié)構(gòu)。對(duì)相互作用面上的靜電相互作用的破壞,，使得Par-3失去了調(diào)控極性的功能,。該項(xiàng)研究成果為綜合多種研究手段解析生物大分子復(fù)合物的結(jié)構(gòu)提供了一個(gè)新的范例。
Par-3在調(diào)控各類不同物種的細(xì)胞極性方面起到基礎(chǔ)性的作用,。有研究表明,，Par-3在體內(nèi)可以多聚化。已知Par-3蛋白質(zhì)包含NTD,，PDZ和aPKC結(jié)合域等結(jié)構(gòu)域,。其中NTD結(jié)構(gòu)域的高聚化對(duì)于介導(dǎo)Par-3的聚集起到不可或缺的重要作用。關(guān)于Par-3 N-端結(jié)構(gòu)域高聚的分子機(jī)理,，一直沒有得到詳盡剖析,。馮巍課題組與孫飛課題組合作完成的該項(xiàng)研究成果給該問題畫上了句號(hào)。
該項(xiàng)研究成果的核心部分Par-3 NTD的螺旋組裝體的高分辨率低溫電鏡三維重構(gòu)研究工作是由孫飛課題組的張艷助理研究員完成的,。這也是我國首次利用低溫電鏡技術(shù)解析的螺旋結(jié)構(gòu)樣品的高分辨率結(jié)構(gòu),。此外，馮巍課題組的王文娟同學(xué)完成了生物化學(xué)方面的工作,，并在龔為民課題組高峰博士的幫助下完成了蛋白質(zhì)晶體學(xué)方面的工作,。原子力顯微鏡部分的工作是與丹麥Aarhus大學(xué)iNANO中心的董明東教授和Besenbacher Flemming教授合作完成的。細(xì)胞功能實(shí)驗(yàn)方面的工作得到了香港科技大學(xué)張明杰教授的幫助,。
以上工作得到了國家重大基礎(chǔ)研究計(jì)劃,、國家自然科學(xué)基金委的資助。(生物谷Bioon.com)
10.1016/j.str.2013.04.004
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Structural Insights into the Intrinsic Self-Assembly of Par-3 N-Terminal Domain
Yan Zhang, Wenjuan Wang, Jia Chen, Kai Zhang, Feng Gao, Bingquan Gao, Shuai Zhang, Mingdong Dong, Flemming Besenbacher, Weimin Gong, Mingjie Zhang, Fei Sun, Wei Feng
Par-3, the central organizer of the Par-3/Par-6/atypical protein kinase C complex, is a multimodular scaffold protein that is essential for cell polarity establishment and maintenance. The N-terminal domain (NTD) of Par-3 is capable of self-association to form filament-like structures, although the underlying mechanism is poorly understood. Here, we determined the crystal structure of Par-3 NTD and solved the filament structure by cryoelectron microscopy. We found that an intrinsic front-to-back interaction mode is important for Par-3 NTD self-association and that both the lateral and longitudinal packing within the filament are mediated by electrostatic interactions. Disruptions of the lateral or longitudinal packing significantly impaired Par-3 NTD self-association and thereby impacted the Par-3-mediated epithelial polarization. We finally demonstrated that a Par-3 NTD-like domain from histidine ammonia-lyase also harbors a similar self-association capacity. This work unequivocally provides the structural basis for Par-3 NTD self-association and characterizes one type of protein domain that can self-assemble via electrostatic interactions
