3月25日,，英國皇家學(xué)報(bào)Philosophical Transactions of the Royal Society B雜志出版了以Assembly chaperones in health and disease為題的?？?，重點(diǎn)報(bào)道了在熱休克蛋白,、二硫鍵異構(gòu)酶等分子伴侶結(jié)構(gòu)功能研究方面的最新進(jìn)展,。中科院生物物理研究所生物大分子國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的孫飛課題組與柯莎課題組分別在該?？习l(fā)表了關(guān)于熱休克蛋白sHsp16.5和Hsp70方面的最新研究成果,。
小熱休克蛋白（sHSP）是分子量介于15-30kD的普遍存在的一類蛋白,。當(dāng)一些錯(cuò)誤折疊的蛋白或受損蛋白可能發(fā)生聚集時(shí),，小熱休克蛋白能起到一定的抑制作用。同時(shí),，它還可以組裝成分子伴侶,，調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白，微管等高聚物在細(xì)胞中的裝配,。其關(guān)鍵殘基位點(diǎn)的突變,，會(huì)導(dǎo)致人體白內(nèi)障,，心肌病等疾病的發(fā)生。當(dāng)外界溫度發(fā)生變化時(shí),，小熱休克蛋白會(huì)對(duì)溫度變化產(chǎn)生熱應(yīng)激性,，從而導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)隨溫度動(dòng)態(tài)變化。這就給小熱休克蛋白的結(jié)構(gòu)和功能研究帶來了很大的困難和挑戰(zhàn)性,。
Ure2p是釀酒酵母的prion狀態(tài)[URE3]的蛋白決定因子,，由N端無規(guī)則結(jié)構(gòu)的prion決定域和C端具有GPx和GRX等酶活性的類GST球形結(jié)構(gòu)域組成。Ure2p可以在體內(nèi)外聚集形成富含beta折疊結(jié)構(gòu)的淀粉樣纖維,，導(dǎo)致釀酒酵母的prion狀態(tài),，這種特殊的狀態(tài)可以傳播到子代細(xì)胞，目前已發(fā)現(xiàn)包括Hsp104,、Hsp70和Hsp40在內(nèi)的多種分子伴侶參與調(diào)節(jié)Ure2p淀粉樣纖維的形成以及其相關(guān)prion狀態(tài)的傳播,。Ure2p是一個(gè)很好的用于研究淀粉樣疾病的模型蛋白。Hsp70是生命活動(dòng)必須分子伴侶,，具有較為保守的結(jié)構(gòu)和功能,，由N端具有ATP酶活性的核苷酸結(jié)合域（NBD）、C端結(jié)合底物的底物結(jié)合域（SBD）組成和C末端輔助底物結(jié)合的蓋子結(jié)構(gòu)域（CTD）組成,，參與蛋白質(zhì)折疊,、解聚，防止錯(cuò)誤折疊和聚集,，與熱激反應(yīng)和凋亡等多種細(xì)胞活動(dòng)密切相關(guān),。Ssa1p是釀酒酵母組成型表達(dá)的Hsp70，其絕大部分結(jié)構(gòu)仍未得到解析,，其過表達(dá)能治愈酵母的[URE3]狀態(tài),。
孫飛課題組關(guān)于sHsp16.5的研究成果（封面文章）是與英國Durham大學(xué)的Roy A. Quinlan實(shí)驗(yàn)室及Ehmke Pohl實(shí)驗(yàn)室合作完成。研究人員利用低溫電鏡單顆粒三維重構(gòu)技術(shù),，解析了野生型小分子熱休克蛋白MjHSP16.5及其突變體R107G（人類同源蛋白在該位點(diǎn)的突變與白內(nèi)障,、原發(fā)性心肌癥密切相關(guān)）在不同溫度下其組裝24聚體的動(dòng)態(tài)三維結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)R107G在60度下的組裝體結(jié)構(gòu)與常溫相比,，體積明顯變大,，直徑增加1.2nm。而野生型MjHSP16.5組裝體并不表現(xiàn)出此特性,。通過晶體結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn),，R107位點(diǎn)的突變破壞了該蛋白二體內(nèi)的一對(duì)精氨酸-谷氨酸靜電相互作用，使得該蛋白α-Crystallin結(jié)構(gòu)域柔性增大,，容易在高溫下發(fā)生結(jié)構(gòu)變化,，從而使其組裝體結(jié)構(gòu)膨大。膨大的組裝體可以表現(xiàn)出增強(qiáng)的分子伴侶活性,，這一點(diǎn)得到了實(shí)驗(yàn)的印證,。該項(xiàng)研究證明了小分子熱休克蛋白中的一些關(guān)鍵位點(diǎn)變化可以影響整個(gè)組裝體結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)定性,，從而影響其分子伴侶功能。同時(shí),，該研究也展示了低溫電鏡技術(shù)在捕捉蛋白質(zhì)分子動(dòng)態(tài)構(gòu)象變化方面的優(yōu)勢(shì),。
孫飛課題組的助理研究員張艷博士完成了該項(xiàng)研究中的低溫電鏡數(shù)據(jù)采集和圖像處理分析工作，與英國Durham大學(xué)的Roy A. Quinlan教授共同為該文章的第一作者,。該項(xiàng)研究工作得到了科技部,、國家自然科學(xué)基金委、英國領(lǐng)事館舊金山/上海辦事處和英國BBSRC的資助,。
柯莎課題組關(guān)于Hsp70的研究成果是與英國劍橋大學(xué)化學(xué)系Christopher M. Dobson院士的實(shí)驗(yàn)室及劍橋大學(xué)納米科學(xué)研究中心合作完成,。研究人員使用柯莎實(shí)驗(yàn)室成熟建立的體外淀粉樣纖維形成方法研究了Ssa1p對(duì)Ure2p淀粉樣纖維形成過程的影響，發(fā)現(xiàn)Ssa1p能顯著延長(zhǎng)Ure2p淀粉樣纖維形成的延滯期,，無論核苷酸存在與否,，抑制效果類似，如果去掉NBD,，SBD仍能抑制Ure2p淀粉樣纖維形成,，提示核苷酸對(duì)淀粉樣纖維這樣較大的底物結(jié)合的調(diào)節(jié)作用可能不明顯。最近,，其他實(shí)驗(yàn)室的研究成果顯示Hsp70和成熟蛋白這樣的較大的底物結(jié)合受不同核苷酸結(jié)合的影響不大,，與此結(jié)果相映；此外,，Ssa1p和它的輔分子伴侶Ydj1p對(duì)于Ure2p淀粉樣纖維的抑制作用并沒有明顯的協(xié)同作用,，Ydj1p H34Q單獨(dú)和與Ssa1p一起，都顯示出相對(duì)于野生型Ydj1p減弱的抑制Ure2p淀粉樣纖維化的作用,；雖然CTD的蓋子結(jié)構(gòu)域不能單獨(dú)的抑制Ure2p的淀粉樣纖維化,，但是如果不同程度截短CTD的蓋子結(jié)構(gòu)域，SBD的抑制效應(yīng)將隨著蓋子結(jié)構(gòu)截短的增加而減弱,，提示蓋子結(jié)構(gòu)域輔助淀粉樣纖維底物與SBD的結(jié)合,。
研究人員還借助纖維形成動(dòng)力學(xué)分析方法、石英微晶天平（QCM）,、動(dòng)態(tài)光散射（DLS）和pull-down等方法研究了Ssa1p和Ure2p及其成纖維中間產(chǎn)物的相互作用,，發(fā)現(xiàn)Ssa1p能和Ure2p及其成纖維種子相互作用，濃度依賴性的減慢Ure2p淀粉樣纖維的延伸速率,。該工作對(duì)于Ssa1p和Ydj1p抑制Ure2p淀粉樣纖維形成的機(jī)制提出了新的觀點(diǎn)。
柯莎課題組的博士畢業(yè)生徐麗瓊和助理研究員吳思博士共同完成了淀粉樣纖維形成實(shí)驗(yàn)和蛋白質(zhì)相互作用研究工作,，作為并列第一作者,，QCM和DLS實(shí)驗(yàn)由英國劍橋大學(xué)化學(xué)系Christopher M. Dobson院士的實(shí)驗(yàn)室及劍橋大學(xué)納米科學(xué)研究中心協(xié)助完成，柯莎研究員和其課題組的副研究員張紅博士共同指導(dǎo)了相關(guān)實(shí)驗(yàn)的完成和文章結(jié)構(gòu)的組織,，作為并列通訊作者,。該項(xiàng)研究工作得到了科技部,、國家自然科學(xué)基金委、中科院創(chuàng)新基金和英國皇家學(xué)會(huì)國際聯(lián)合基金的資助,。（生物谷Bioon.com）
DOI:10.1016/S0140-6736(13)60632-7
PMC:
PMID:
Whole-genome sequencing to identify transmission of Mycobacterium abscessus between patients with cystic fibrosis: a retrospective cohort study
Josephine M Bryant BSc a ?, Dorothy M Grogono MRCP b ?, Daniel Greaves MRCP d, Juliet Foweraker FRCPath b, Iain Roddick BSc f, Thomas Inns MSc g h, Mark Reacher FFPH f, Charles S Haworth FRCP b, Martin D Curran PhD e, Simon R Harris PhD a, Prof Sharon J Peacock FRCP d, Prof Julian Parkhill PhD a , Dr R Andres Floto FRCP b c d
Background
Increasing numbers of individuals with cystic fibrosis are becoming infected with the multidrug-
