来源于Saccharomyces cerevisiae的顺式异戊烯转移酶NUS1亚基的晶体结构解析

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顺式异戊烯转移酶(EC 2.5.1.87)是异戊烯基焦磷酸合成酶超家族成员之一,催化异戊烯焦磷酸(isoprenyl pyrophosphate,IPP)连续缩合到法尼基焦磷酸(farnesyl pyrophosphate,FPP)骨架上,催化形成长链聚异戊烯焦磷酸。长链聚异戊烯基焦磷酸被磷酸酶去磷酸化,产生聚异戊烯醇,再通过NADPH依赖性微粒体还原酶还原聚异戊烯醇的α-异戊烯单元,形成多萜醇。多萜醇作为糖基载体,参与蛋白的N糖基化,对生命活动具有重要意义。来源于Saccharomyces cerevisiae的顺式异戊烯转移酶由异源二聚体NUS1(核十一碳烯基焦磷酸合成酶1(nuclear undecaprenyl pyrophosphate synthase 1,NUS1))亚基和RER2(内质网驻留突变2(Retention in the ER mutation 2,RER2))亚基组成,尚未有相关的晶体结构见诸报道。本文以来源于Saccharomyces cerevisiae的NUS1亚基蛋白为研究对象,对其异源表达、突变改造、蛋白纯化、结晶与晶体结构解析等进行了研究。为了删除蛋白的跨膜区,实现可溶性表达,构建了N端119个氨基酸残基截短突变体ΔN119-NUS1;进一步截短N端28个氨基酸后构建截短突变体ΔN147-NUS1不再对TEV蛋白酶敏感,纯化后获得单一条带的蛋白;通过对半胱氨酸进行点突变,构建突变体ΔN147-NUS1 C184A/C293A,获得蛋白的单一聚体。各突变蛋白在Escherichia coli BL21 trxB(DE3)菌株中可溶性表达后,经镍亲和色谱、DEAE阴离子交换色谱纯化后,用TEV酶切除N端组氨酸标签后再经镍亲和色谱纯化获得纯化蛋白。经过对ΔN147-NUS1 C184A/C293A蛋白结晶条件初筛共获得9个结晶条件,优化后在0.1 mol·L-1二甲胂酸钠pH 6.5;0.2 mol·L-1硫酸铵;19%(w/v)聚乙二醇8000条件下,收到可用于结构解析的蛋白晶体。通过对ΔN147-NUS1 C184A/C293A蛋白晶体进行X射线衍射数据收集及结构修正,获得Δ147-NUS1 C184A/C293A晶体结构模型。Δ147-NUS1 C184A/C293A晶体空间群为P 212121,分辨率2?,PDB号6JCN。ΔN147-NUS1 C184A/C293A的晶体结构可以作为相似蛋白晶体结构解析的分子置换模板。ΔN147-NUS1 C184A/C293A的晶体结构为异源二聚体顺式异戊烯转移酶催化机理的解析提供晶体结构基础。ΔN147-NUS1 C184A/C293A的晶体结构与Staphylococcus aureus十一碳烯基焦磷酸合成酶(undecaprenyl diphosphate synthase,UPPS)晶体结构的差异,可以为新型抗生素的半理性设计和模拟筛选提供一些有意义的信息。
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