研究揭示果蝇细胞凋亡抑制因子功能机理

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近日来自清华大学的研究人员揭示了果蝇细胞凋亡抑制因子DIAP1的结构与功能机理，并通过解析DIAP1、BIR1与drICE复合物结构，初步揭示了DIAP1调控drICE的机理。这一研究成果发表在《自然—通讯》(Nature Communications)杂志上。

文章的通讯作者是清华大学生命科学学院院长施一公教授，其研究组主要致力于运用结构生物学和生物化学的手段研究肿瘤发生和细胞凋亡的分子机制。另外两位作者分别是王佳伟（Jiawei Wang）和李晓春（Xiaochun Li）。

DIAP1是果蝇的一个重要细胞凋亡抑制因子，不仅调控细胞死亡，而且也参与细胞分化、蛋白翻转和细胞循环进程等过程的信号传导调控。当DIAP1处于自抑构象时则无法抑制效应caspase（effector caspase）drICE的活性。drICE在Asp20处切割DIAP1使得DIAP1自抑制构象改变，cleaved DIAP1进而结合到成熟drICE上抑制drICE蛋白酶活性，促使drICE泛素化。凋亡诱导因子Reaper, Hid和Grim (RHG)能够阻止DIAP1介导的drICE抑制作用。在细胞中这些凋亡调控通路受到精确地调控。然而目前科学家们对于DIAP1介导的drICE抑制作用的分子机制还并不是很清楚。

在这篇文章中，研究人员首先确定了uncleaved DIAP1–BIR1的X-射线晶体结构，这一分辨率为2.4 Å的结构显示DIAP1是通过氨基末端序列与BIR1保守沟槽结合形成自抑构象的。随后研究人员又解析了活性drICE与cleaved DIAP1–BIR1结合形成的复合物3.5 Å的晶体结构，初步揭示了DIAP1介导的drICE抑制作用机理。此外，结合大量的生化实验数据，研究人员鉴别了调控DIAP1, drICE和RHG蛋白相互作用的决定因子。这些研究发现为深入地研究细胞凋亡调控机制提供了重要的实验基础数据。

施一公是世界著名的结构生物学家，其课题组长期从事肿瘤抑制因子和细胞凋亡调节蛋白、重大疾病相关膜蛋白以及胞内生物大分子机器的结构与功能研究。不久前，施一公课题组在原核细胞蛋白酶体调节亚基MecA-ClpC复合物的晶体结构与功能的研究中取得重大突破，这一研究成果公布在Nature杂志上。

ATP依赖的可调控蛋白质水解广泛存在于大多数生命体中，对于及时清除机体内的垃圾蛋白以及调节蛋白具有十分重要的作用。原核生物中负责这一功能的蛋白酶体由调节亚基-Clp/Hsp100家族成员同催化亚基ClpP两部分组成。研究发现，Clp/Hsp100家族蛋白都是以六聚体形式执行功能。ClpC是Clp/Hsp100家族的重要成员，含有两个AAA＋(ATPases associated with diverse cellular activities)结构域（核酸结合结构域），与该家族其它成员不同的是，ClpC的六聚体形成及其进一步的激活需要接头蛋白MecA的参与。利用ATP水解的能量，激活后的六聚体MecA-ClpC分子能够去折叠特异性蛋白质底物，并将生成的去折叠多肽链转运到ClpP中降解。但是，MecA如何介导ClpC形成六聚体并激活ClpC的分子机制一直都没有明确的解释。

自2007年6月起，施一公教授领导的该课题组一直致力于对原核细胞内蛋白酶体调控机理的研究。经过3年多的艰辛努力，该课题组首次解析了枯草芽孢杆菌内蛋白酶体调节亚基MecA-ClpC复合物的三个相关晶体结构，并结合大量的生化实验数据，揭示了六聚体MecA-ClpC复合物的组装方式，阐明了MecA介导ClpC激活的分子机理，并提供了MecA-ClpC执行功能的结构基础。这些发现对揭密其它Clp/Hsp100分子机器的组装方式也有很好的借鉴作用，并且为研究真核生物内更为复杂的泛素－蛋白酶体系统提供了方法论和实验基础。