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钙调蛋白磷酸酶(Calcineurin,CN)由CNA催化亚基和CNB调节亚基组成,是目前已知的唯一受Ca2+/CAM(Calmodulin)调节的蛋白磷酸酶。CN在许多种组织器官都有分布,参与许多重要的生命活动,包括免疫系统中一些免疫应答基因的转录调控过程。因此人们常以CN为靶酶筛选免疫抑制剂,其中CsA和FK506已经被广泛用于抑制器官移植手术引起的免疫排斥反应。本实验室前期以CN为靶酶从天然产物中筛选得到了免疫抑制剂单体GCC,经研究证明它是一种高效低毒的免疫抑制剂。本论文主要围绕GCC抑制CN活性的机理展开研究。
我们首先检测了GCC对CN活性的抑制作用,以及与CN活性十分相关的CNB和CaM对这种抑制作用的影响。为了初步确定GCC作用于CN上哪个部位,我们表达纯化了CNA系列剪切体CNAabc,CNAab和CNAa,并依次检测了GCC对它们的抑制作用。结果显示GCC对仅含有催化区的CNAa依然具有抑制作用,但明显弱于CNA及其它剪切体。由此我们初步推断GCC的作用部位在CNA的催化区,且受到BBH,CBD和AI区的影响。
GCC是如何作用于CNA的呢?它们之间是否有结合?我们分别采用了经典荧光光谱法和改进荧光光谱法进行研究,结果均显示GCC能以1:1的比例较强的与CNA结合,且二者结合受到CNB的影响。计算GCC与CNA结合前后热力学参数的变化情况,表明二者是通过疏水相互作用力结合的。接着分析了CNA系列剪切体在GCC作用下的荧光光谱,结果显示GCC与仅含有催化区的CNAa依然能够结合,但结合能力弱于CNA及其他剪切体。这表明GCC主要结合在CNA的催化区,且受到BBH、CBD和AI区的影响,这与酶活力测定得到的结论是一致的。
我们表达纯化了只含一个Trp的CNA突变体(W134、W232、W342和W352),用它们进行非辐射能量转移实验,得到了GCC与每个Trp之间的距离,并用距离在CNA的晶体结构上作出药物可能的结合位点。Docking对接实验也模拟得到了药物可能的结合位点。将两种方法得到的结果进行比对,我们最终确定了GCC在CNA上的结合位点。
GCC与CNA的结合是否会引起CNA二级结构的改变呢?我们通过圆二色谱法进行了分析,结果表明CNA与GCC结合后α-螺旋的含量增加,二级结构变得更加紧密。
初步清楚GCC的分子作用机理后,我们探究了药物对Jurkat细胞内CN活性的抑制作用。结果表明药物对活细胞内的CN活性仍然具有抑制作用。这为研究GCC在体内发挥免疫抑制作用的机理奠定了基础。