拟南芥微管折叠辅因子A结构和功能研究

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微管是由α/β-微管蛋白异源二聚体组成的管状结构。微管由微管蛋白单体组装成有功能的α/β-微管蛋白异源二聚体过程中需要一系列分子伴侣和折叠辅因子的共同参与,该过程对于调控微管的各种生物学功能具有着重要意义。  在这些微管蛋白折叠辅因子中,辅因子A主要参与了β-微管蛋白的折叠。根据芽殖酵母辅因子A(Rbl2p)和人类辅因子A(CoA)的晶体结构特征,提出了两种不同的辅因子A结合β-微管蛋白的结构模型。Rbl2p在晶体中以同源二聚体形式存在,因而预测其和β-微管蛋白的结合方式依赖于该二聚体形式,并主要由结构中的两个loop区所介导。人类辅因子A在晶体中以单体形式存在,推测其和β-微管蛋白的相互作用主要由α螺旋上的氨基酸残基介导。拟南芥中辅因子A的同源基因为KIESEL(KIS)基因编码,kis的弱突变引起了一系列胚胎发育以及形态发生缺陷的表型,但对其生化性质和具体作用方式知之甚少,三维结构则完全没有研究。  本研究首先通过实时定量PCR检测了KIS基因在拟南芥植株不同组织中的表达特异性,发现其在根、茎、花这些代谢旺盛的组织中表达水平较高,丽在叶中表达水平较低。而kis的纯合突变体植株致死,表明在植物正常生命活动中辅因子A是必须的。细胞定位研究发现KIS蛋白定位于细胞质和细胞核,但其本身不具有典型的核定位信号序列,可能通过与其它蛋白或者蛋白复合体的相互作用进入细胞核。通过免疫共沉淀、荧光互补以及Pull-down等实验发现,KIS可以与β-微管蛋白相互作用,而不能与α-微管蛋白或α/β异源二聚体以及微管相互作用。  为进一步研究拟南芥辅因子A与β-微管蛋白的作用方式,在原核表达系统中表达了KIS蛋白,并筛选得到分辨率为1.6(A)的晶体,通过分子置换方法解析了该蛋白质三维结构。KIS是由三个α螺旋组成的helix-bundle单体结构。随后通过定点突变实验发现,KIS主要通过α螺旋上的氨基酸参与结合β-微管蛋白,其中三个关键的氨基酸残基(Glu20、Tyr24、Glu57)直接介导了与β-微管蛋白的相互作用。同时还发现KIS蛋白loop区氨基酸的突变对于其与β-微管蛋白的结合没有影响。这说明拟南芥辅因子A和β-微管蛋白的结合方式不同于酵母辅因子A。  综上所述,拟南芥辅因子A通过与β-微管蛋白结合,参与植物体内微管系统的组装,其结构中的α螺旋结构区直接介导了与β-微管蛋白的结合。本研究中对拟南芥辅因子A结构的解析和功能的探讨对于理解辅因子A在植物体内的功能和作用方式以及整个微管蛋白折叠辅因子A家族在自然界中的进化趋势具有重要意义。
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