K27链接二泛素及其识别蛋白UCHL3的结构生物学研究

论文摘要

DNA损伤修复是生命体维持基因组遗传稳定的重要手段,对植株生长发育至关重要。研究DNA损伤修复的分子机制,为培育耐受紫外线辐射的植物、确保恶劣环境下的粮食增产提供理论基础。近年来的报道显示,作为一种泛素密码,K27链接类型泛素链参与DNA损伤修复过程调控。因此,研究K27链接类型泛素链的识别及调控机制,为培育新品种植株以及在恶劣环境下保证粮食产量具有重要意义。泛素化是一种重要的翻译后修饰,在真核生物中广泛存在。通过对底物蛋白的修饰,泛素化在植物生长发育调控中扮演了重要的调控角色。泛素分子之间可通过异肽键形成不同结构特点的泛素链,即泛素密码。泛素密码的不同生物学功能由其分子结构特征所决定。K27链接类型泛素链是参与DNA损伤修复的主要泛素密码。目前唯一报道的K27链接类型二泛素（K27 diub）的特异性识别蛋白是去泛素化酶UCHL3。UCHL3可通过对底物RAD51多聚泛素链的剪切参与DNA损伤修复过程。值得注意的是,迄今为止的研究显示,UCHL3在体外只能切割Ub-AMC,不能对任何类型的泛素链进行切割。UCHL3上75位丝氨酸(Ser75)发生的磷酸化,会使其在细胞内切割多聚泛素链的活性明显增强,但这种调控尚缺乏体外证据支持。本文围绕UCHL3识别K27泛素链,并参与DNA损伤修复调控,展开了UCHL3识别K27泛素链的分子机制研究。获得如下发现:1.利用ITC方法体外验证了UCHL3对K27 diub的特异性识别作用。2.通过解析UCHL3与K27二泛素复合物的晶体结构,首次发现UCHL3具有S1和S2两个泛素识别位点。S1位点识别近端泛素分子C末端。S2位点与远端泛素分子上经典的I44产生疏水相互作用,并辅以His153及Glu158为中心形成氢键网络。对UCHL3进行关键氨基酸点突变后,与K27 diub之间的相互作用力明显降低。3.通过结构比对,发现与UCHL3结合后K27 diub的构象更加伸展,呈现相对开放的状态。4.序列对比和系统发育树显示,磷酸化位点(Ser75)仅仅存在于UCHL3中,在其它UCH家族蛋白中中并不存在,暗示UCHL3的磷酸化调控在UCH家族中具有特异性。5.发现磷酸化位点(Ser75)在不同种属UCHL3中广泛存在,暗示UCHL3的磷酸化调控机制在进化上保守。值得注意的是,在模式生物拟南芥中磷酸化位点Ser突变为Glu,暗示UCHL3蛋白在拟南芥中可能是组成性活化的形式,无需其它激酶的磷酸化修饰便可切割泛素链。6.模拟磷酸化的UCHL3提高了对Ub-AMC的切割活性,但依旧无法对二泛素进行生理水平上的活性切割。上述工作首次阐明了UCHL3识别K27泛素链的分子机制,揭示了UCHL3磷酸化调控的独特性,为相应农业生产的分子调控奠定了基础。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 丁珊

导师: 姜凌

关键词: 链接二泛素,去泛素化酶,泛素链识别,磷酸化调控

来源: 中国农业科学院

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学,生物学

单位: 中国农业科学院

基金: 感谢国家自然科学基金(31640016,91753205,31870791),国家重点研发计划(2017YFD0500400),中国农业科学院科技创新工程项目

分类号: Q75

总页数: 66

文件大小: 11269K

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