生物谷报道：来自北京生命科学研究所（National Institute of Biological Sciences，NIBS），加州大学旧金山分校药理化学学系，山东大学微生物技术国家重点实验室（State Key Lab of Microbial Technology，生物谷注），北京协和医科大等处的研究人员报道了一种新酶类家族中的成员：苏氨酸磷酸裂解酶SpvC（Salmonella SpvC）三种状态的晶体结构，并对此类酶家族的生化分析和酶学机制进行了描述。这一研究成果公布在Nature Structural & Molecular Biology杂志在线版上。
领导这一研究的是柴继杰博士，其实验室主要关注并研究在生物学及药学应用中的重要大分子的结构与功能，主要通过蛋白晶体衍射的方法及一些生物、生化方面的手段阐述这些生物大分子在结构和功能上的联系。
今年8月，柴继杰实验室在Nature杂志上在线发表题为 “The structural basis for activation of plant immunity by bacterial effector protein AvrPto” 的文章。这一文章报道了第一个细菌效应蛋白和植物中对应的抗性蛋白的复合物AvrPto-Pto的晶体结构，基于该结构和相关实验结果，提出了AvrPto通过解除Pto对防御响应的抑制引发疾病抗性的机制。
在这篇新发表的文章中，研究人员解析了SpvC在自由状态，模拟结合底物磷酸的硫酸根结合状态以及结合底物肽段的复合物状态的三种晶体结构。并在这些分析数据的基础上阐明了SpvC这类苏氨酸磷酸裂解酶的识别和酶的催化机制。文章的第一作者为陈琳洁（Linjie Chen）和王华翌（Huayi Wang）。
沙门氏菌的致病蛋白SpvC属于一种全新的被称为苏氨酸磷酸裂解酶的蛋白酶家族一员。苏氨酸磷酸裂解酶可以特异性的识别丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）激活位点的磷酸化苏氨酸和酪氨酸（pTXpY）序列，并不可逆的去除磷酸化苏氨酸的磷酸基团，使反应后的MAPK成为不可激活状态。SpvC的这种性质可以阻断宿主细胞免疫信号通过MAPK通路的传递，帮助沙门氏菌对宿主细胞的侵染。
为了阐明SpvC是如何特异性的识别并灭活宿主的MAPK蛋白，研究人员解析了SpvC在自由状态，模拟结合底物磷酸的硫酸根结合状态以及结合底物肽段的复合物状态的三种晶体结构。在分析并比较这三种结构的基础上，研究人员结合生化分析实验成功的阐明了SpvC这类苏氨酸磷酸裂解酶的识别和酶的催化机制。底物结合诱导了SpvC活性中心发生很大的构象变化，从而使底物肽段的磷酸化苏氨酸被包围在疏水环境中，使溶剂分子不能接触。这不仅有利于催化消除反应，同时也保证了SpvC的功能不是一般需要溶剂参与的磷酸酶的水解反应，即不能作为磷酸化酶。SpvC的底物特异性主要是通过识别磷酸化苏氨酸的磷酸基团和磷酸化酪氨酸的氨基酸残基而产生，从而解释了为什么这类酶可以作为MAKP一般抑制剂。苏氨酸的甲基对底物的识别具有重要作用，保证了这类酶对磷酸化苏氨酸底物具有更高的活性（与磷酸化丝氨酸相比）。同时，结合生化实验，研究人员提出了这类酶催化机制。SpvC的赖氨酸Lys136可能作为亲核基团，进攻磷酸化苏氨酸的α-氢原子从而进行消除反应。在此过程中，SpvC中的组氨酸His106可能作为起着催化酸的作用。
原始出处:
Nature Structural & Molecular Biology
Published online: 16 December 2007 | doi:10.1038/nsmb1350
Structural basis for synaptic adhesion mediated by neuroligin-neurexin interactions
Xiaoyan Chen1, Heli Liu1, Ann H R Shim1, Pamela J Focia1 & Xiaolin He1
Abstract
The heterophilic synaptic adhesion molecules neuroligins and neurexins are essential for establishing and maintaining neuronal circuits by modulating the formation and maturation of synapses. The neuroligin-neurexin adhesion is Ca2+-dependent and regulated by alternative splicing. We report a structure of the complex at a resolution of 2.4 Å between the mouse neuroligin-1 (NL1) cholinesterase-like domain and the mouse neurexin-1 (NX1) LNS (laminin, neurexin and sex hormone–binding globulin–like) domain. The structure revealed a delicate neuroligin-neurexin assembly mediated by a hydrophilic, Ca2+-mediated and solvent-supplemented interface, rendering it capable of being modulated by alternative splicing and other regulatory factors. Thermodynamic data supported a mechanism wherein splicing site B of NL1 acts by modulating a salt bridge at the edge of the NL1-NX1 interface. Mapping neuroligin mutations implicated in autism indicated that most such mutations are structurally destabilizing, supporting deficient neuroligin biosynthesis and processing as a common cause for this brain disorder.
Northwestern University Feinberg School of Medicine, Department of Molecular Pharmacology & Biological Chemistry, Searle 8-417, 303 East Chicago Avenue, Chicago, Illinois 60611, USA.
Correspondence to: Xiaolin He1 e-mail: x-he@northwestern.edu
