论文部分内容阅读
内质网巯基氧化酶Ero1/蛋白质二硫键异构酶PDI通路是在真核细胞内质网中保守存在的催化蛋白质氧化折叠的关键通路。一方面，Ero1利用分子氧氧化PDI并产生副产物过氧化氢，进而由PDI氧化底物蛋白形成二硫键;而还原态的PDI能够异构底物蛋白中错误搭对的二硫键，保证蛋白质的正确氧化折叠。另一方面，PDI能通过打开或关闭Ero1中的调控二硫键来调节Ero1的活力，防止过氧化氢的累积以及内质网的过氧化。相比于酵母等低等真核生物，人蛋白质组中含二硫键蛋白质的比例更高，二硫键的配对方式更加复杂，且内质网中的氧化还原环境会随着不同的生理及病理状况而变化。本论文针对人和酵母Ero1-PDI氧化折叠通路的工作模式展开了系统的比较研究。 利用体外重构体系，我们发现人源Ero1α与PDI有较强的疏水结合使Ero1α偏向于氧化PDI羧基端的活性中心，而PDI氨基端的活性中心保持还原态;酵母Ero1p与Pdi1p间的相互作用微弱，因此Pdi1p的两个活性中心都被有效氧化。不对称的氧化保证人源Ero1α-PDI系统能同时有效地催化二硫键的氧化和异构，使含复杂二硫键底物蛋白的氧化折叠高效进行。然而在人源和酵母系统中，Ero1与PDI间的疏水相互作用对二者间的电子传递都十分重要。 另外，我们发现Ero1p在其调控二硫键关闭时具有低活力，而非过去研究普遍认为的无活力状态。Ero1p的调控二硫键具有较高的热力学稳定性，因此只有当环境变得非常还原并使得Pdi1p的非催化二硫键Cys90-Cys97打开时，Pdi1p的活性中心才能还原调控二硫键激活Ero1p，这一过程还需要Pdi1p底物结合位点的参与。反之，Ero1p调控二硫键的有效氧化仅依赖于氧化态的Pdi1p活性中心。相比于酵母系统，Ero1α调控二硫键的热力学稳定性较低，因此随着氧化还原环境的变化，PDI仅需其活性中心即可迅速地激活或失活Ero1α，从而有效地维持内质网中的氧化还原稳态。 这些发现使我们对Ero1-PDI氧化折叠通路的工作机制有了更深入的认识，并从进化角度揭示了高等真核生物如何高效地催化内质网中含复杂二硫键蛋白质的氧化折叠并精确地维持内质网中的氧化还原稳态。