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HSCARG基因(GeneID:57407)在NCBI的注释中属于“功能未知”。我们从IMAGEcDNA库克隆到相应读码框片段,并表达纯化了HSCARG重组蛋白。对重组蛋白进行晶体筛选并成功地得到了晶体,收集到2.4A的衍射数据。利用硒代甲硫氨酸的单波长反常散射法(Se-SAD法)解析出HSCARG蛋白的三维结构(PDB编号是2EXX)。在DALI数据库中比对结果表明HSCARG蛋白与NmrA蛋白的结构较为相似。HSCARG蛋白可以分为两个结构域,N-端结构域含有一个Rossmanfold,由7个平行的β-strands和9个α-helices组成α/β结构,是结合二核苷酸的典型结构;C-端结构域的二级结构比较少,包括两个β-sheets和一些α-helices。HSCARG晶体的一个不对称单位中含有两个蛋白分子,这两个蛋白分子形成了不对称二聚体,其中,分子A以19对氢键与一个NADP+分子结合,而另一个分子B则不结合NADP+分子。不对称二聚体中的两个蛋白分子存在着很大的构象差异。相对于B分子而言,A分子的结构更加紧凑而有序。在A分子和B分子差异最大的区域(Gly123-Ile143)内,A分子的Lys133与NADP+形成了2对氢键;而B分子则用这段区域中的氨基酸与A分子形成了二聚体,我们认为不对称二聚体的形成造成了HSCARG蛋白分子发生构象变化,使得蛋白由A分子构象变成B分子构象。
在晶体结构中HSCARG蛋白是以二聚体形式存在,但是在Tris缓冲液中绝大多数HSCARG蛋白却是以单体形式存在的;而在模仿晶体生长条件的部分磷酸缓冲液中,HSCARG蛋白又是以二聚体存在的,这表明HSCARG蛋白存在着单体变成二聚体的现象,磷酸缓冲液加速了二聚体的形成。对HSCARG中参与结合NADP(H)的部分氨基酸(Arg37,Tyr81)进行点突变,分析NADP(H)结合能力缺陷的HSCARG突变体的晶体结构,证实突变体蛋白以单体的形式存在,暗示了部分蛋白结合NADP(H)是二聚体形成的基础。
体外生化测定表明,NADPH和NADP+与HSCARG蛋白的解离常数分别是0.486μM和13.5μM,这说明HSCARG蛋白能感应细胞中氧化还原状态的变化,并且对细胞中的NADPH水平做出反应。在HeLa细胞中,HSCARG蛋白主要定位在细胞质和核膜周围一圈,与细胞骨架蛋白cytokeratin有共定位的现象。HSCARG突变体实验表明,R37A、Y81A和K133A突变体结合NADPH能力大大下降或者丧失,并且这三种突变体蛋白在核膜周围的定位很少或者消失,这也表明NADPH对HSCARG蛋白在细胞中的功能起着重要的作用。
通过Co-IP以及Pulldown等实验,我们实验室发现并证实了HSCARG蛋白和精氨琥珀酸合成酶(AS)能直接相互作用,这是研究HSCARG细胞功能的另一条重要线索。AS催化精氨酸合成中的限速步骤,影响着细胞中一氧化氮和尿素的合成。体内实验表明,过表达HSCARG蛋白会抑制293T细胞中一氧化氮的合成。此外,NADP(H)结合能力缺陷的HSCARG突变体与AS的相互作用增强,所以,NADPH的结合在一定程度上能抑制HSCARG与AS的结合。
许多能结合二核苷酸的蛋白具有脱氢酶或者还原酶以外的功能,这类蛋白主要在基因转录或者细胞氧化还原平衡等方面起调控作用。结构分析表明,HSCARG是NmrA/SDR结构超家族的一员,它的结构与NmrA的结构最相似,但由于它缺乏短链脱氢酶(SDR)中非常保守的Ser…TyrxxxLys催化motif.所以不具备短链脱氢酶活性。生物信息学检索表明,HSCARG基因的2个邻近基因(HMOX2和DNAJA3)都属于抗胁迫基因,而且在多种物种中,HSCARG基因都和这2个基因相邻。这两个邻近基因影响着细胞的生长、衰老和凋亡等过程。在我们实验中,过表达HSCARG蛋白能提高细胞的生长活性,而当HSCARG蛋白的表达受到干涉后,引起细胞凋亡。这些结果都表明,HSCARG和其邻近基因可能在功能上相关:HSCARG可能属于某种类型的调控因子,能感应细胞中的氧化还原状态,并且是细胞中氧还状态的维持者之一,影响细胞的生长、衰老和凋亡。