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本论文主要包括两部分工作:第一部分与RNA剪接因子ScPrp5相关,我们利用X-ray衍射技术解析了该蛋白核心结构域的晶体结构;第二部分涉及到水稻致病真菌稻瘟菌分泌的一个效应蛋白AvrPiz-t,我们利用核磁共振技术解析了该蛋白的溶液结构:
(1)RNA剪接因子ScPrp5的晶体结构揭示了延伸序列对维持稳定的蛋白构象的重要性
在真核细胞中,前体信使RNA(pre-mRNA)的剪接是在一个庞大的核糖核蛋白分子机器即剪接体的催化下进行的。剪接体的组装依赖于一系列的RNA解旋酶如Prp5的帮助,但这些解旋酶具体的工作机制还有待于深入的了解。Prp5所属于的DEAD-box蛋白家族是到目前为止发现的最大的RNA解旋酶家族。作为最早参与剪接的蛋白因子之一,Prp5在核糖核蛋白颗粒U1参与组装前或组装过程中就已经与pre-mRNA发生了相互识别,并且可能作为剪接体的内在组成蛋白参与了整个剪切过程,最后随着剪接体的解离而被释放出来。Prp5上被证实有独立的U1和U2核糖核蛋白颗粒的结合位点,在整个剪接过程中发挥了多种ATP依赖性或不依赖于ATP的活性。
我们纯化并且结晶了酵母来源的Prp5(ScPrp5)的一个截短体蛋白,它包含了Prp5核心的解旋酶结构域和N端、C端长各约50个残基的延伸序列(文中称其为ScPrp5△)。同已经解析出来的其他DEAD-box蛋白一样,ScPrp5含有两个经典的RecA类似的解旋酶核心,十一个保守的motif在结构上的位置也比较一致,但却是分布在整个结构两个相背的表面上,意味着在与RNA结合后,ScPrp5的结构会有一个很大的转动。我们发现,不管是ScPrp5△的母体结构还是ScPrp5△与ADP的复合物结构,N端和C端的RNA解旋酶结构域都保持了相同的空间分布状态,并且来自于N端和C端的延伸序列上的残基以及Linker上的残基在两个解旋酶结构域中间接触面的地方形成了大量的相互作用,包括氢键和疏水相互作用。ADP的结合不会对这些相互作用产生明显的影响。这与文献中报道的其他DEAD-box蛋白所表现出的两个解旋酶结构域通过一个灵活的Linker连接并可以相互独立移动的特点有明显不同。
(2)稻瘟菌致病因子AvrPiz-t的溶液结构研究
病原菌在致病过程中向植物体内输送多种效应因子蛋白以增强致病能力,但效应分子蛋白似乎也可能会扮演背叛者的角色,即植物的抗病基因可以识别某些效应分子从而启动自身免疫反应。效应分子的这种双重功能使得它及其靶蛋白成为研究植物抗病机理的重要目标。水稻致病真菌稻瘟菌编码的一个致病因子AvrPiz-t可以激活水稻的抗病基因,阻断细胞的程序性死亡,但其具体的作用机制还不是很了解。
在这部分工作中,我们采用基因重组和原核表达的方式,在大量筛选表达条件和纯化程序的基础上,制备了高纯度的AvrPiz-t蛋白。全长的AvrPiz-t并不稳定,保存过程中会逐渐降解为一个稳定的核心蛋白。经LC-MS和N端测序测试表明,被降解掉的部分位于C端的最后10个残基。
为了从结构上寻找AvrPiz-t作用机制的线索,我们利用核磁共振的方法解析AvrPiz-t的溶液结构。AvrPiz-t形成了一个独特的以β折叠为主要结构单元的桶装结构,并且在Dali服务器搜索不到功能已知的相似的结构,说明AvrPiz-t可能采用了一种全新的作用机制来激活水稻的抗病基因。但以β-桶装结构为核心的真菌致病因子并不少见,它们可能在进入宿主细胞过程中或与宿主细胞中的底物蛋白识别中有一定相似性。