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丙酮酸脱氢酶系(Pyruvate dehydrogenase complex,PDHC)是线粒体基质中的一类多酶复合物。其作用是催化丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A、CO2、 NADH和H+。乙酰辅酶A进入三羧酸循环产生NADH和FADH2,与氧化磷酸化相偶联,在细胞线粒体能量代谢中起着至关重要的作用。丙酮酸脱氢酶系由丙酮酸脱氢酶(PDHE1)、二氢硫辛酸乙酰转移酶(PDHE2)、二氢硫辛酸脱氢酶(PDHE3)三个酶组成,这三个酶协同完成相应的催化过程。Leigh综合征是婴幼儿期亚急性、进行性、遗传性神经退行性疾病。患者死亡率极高,其发病机制尚不明确,但在患者体内发现有PDHA1基因突变。PDHA1基因突变会造成PDHE1α结构发生改变,导致PDHEα失活从而影响人体正常的物质与能量代谢。研究发现,在阿尔兹海默症、癫痫以及肿瘤中都存在PDHE1α功能缺失,而各种点突变对其结构、功能、稳定性的影响目前还知之甚少。因此,我们构建文献已报道的在各种疾病中发生频率较高的不同PDHE1α突变体,并将这些突变体在HEK293T细胞中过表达,以期通过分析不同的突变对PDHE1α结构、功能与稳定性的影响,深入理解PDHE1α突变引起的疾病发生的作用机理。 本研究通过基因克隆、重叠PCR与测序等方法成功构建野生型及11个定点突变(D258A、D315N、F205L、L216F、M282L、R10P、R263G、R288H、R302C、 R378H、Y243N)的哺乳细胞pCMV6-PDHE1α重组表达载体。在此基础上,我们在HEK293T细胞中通过瞬时转染的方法过表达PDHE1α(包括野生型与突变体),检测突变对酶活力和代谢(葡萄糖与乳酸含量)造成的影响,以及缺氧条件对野生型与突变体表达的影响。其次通过免疫共沉淀检测分子伴侣HSP90与PDHE1α的相互作用,并用HSP90抑制剂17-AAG处理过表达野生型与突变体PDHE1α的HEK293T细胞,Wenstern检测HSP90抑制对野生型与突变体PDHE1α蛋白降解的差异,以此分析突变对其稳定性的影响。通过生物信息学同源模型构建,分析突变对PDHE1α结构的影响,并和17-AAG抑制HSP90的结果进行相互验证与比对。结果表明:与野生型PDHE1α相比,各突变体在HEK293T细胞中过表达水平存在明显差异;PDHE1α突变后,其酶活力均降低,细胞中葡萄糖含量降低,乳酸含量部分升高;免疫共沉淀结果显示HSP90与PDHE1α存在相互作用;与野生型PDHE1α相比较,17-AAG抑制HSP90功能后,各种点突变导致PDHE1α构象发生程度不一的变化,且过表达的突变体出现相应的降解,表明突变导致蛋白稳定性下降。这些研究结果表明不同的PDHE1α点突变对其构象与功能的影响存在明显差异,从而提示不同的点突变对相关疾病发生的作用机制可能也不尽相同,靶向HSP90对于这些疾病的治疗可能是一个值得考虑的策略。