清华大学生科院首篇博士后nature文章

生物通报道:来自清华大学生命科学学院,医学院的研究人员最新又获得了结构生物学研究的新突破,他们报道原核细胞蛋白酶体调节亚基MecA-ClpC复合物的晶体结构与功能的研究,这为研究真核生物内更为复杂的泛素-蛋白酶体系统提供了方法论和实验基础。这一研究成果公布在Nature杂志上。

文章的通讯作者是清华大学生命科学院院长施一公教授,以及王佳伟副教授,共同第一作者是清华大学生科院在站博士后王丰和梅子青,这是清华大学生科院第一篇由博士后发表在Nature上的文章。这项研究在清华大学完成。

ATP依赖的可调控蛋白质水解广泛存在于大多数生命体中,对于及时清除机体内的垃圾蛋白以及调节蛋白具有十分重要的作用。原核生物中负责这一功能的蛋白酶体由调节亚基-Clp/Hsp100家族成员同催化亚基ClpP两部分组成。研究发现,Clp/Hsp100家族蛋白都是以六聚体形式执行功能。

ClpC是Clp/Hsp100家族的重要成员, 含有两个AAA+(ATPases associated with diverse cellular activities)结构域(核酸结合结构域),与该家族其它成员不同的是,ClpC的六聚体形成及其进一步的激活需要接头蛋白MecA的参与。

利用ATP水解的能量,激活后的六聚体MecA-ClpC分子能够去折叠特异性蛋白质底物,并将生成的去折叠多肽链转运到ClpP中降解。但是,MecA如何介导ClpC形成六聚体并激活ClpC的分子机制一直都没有明确的解释。

自2007年6月起,施一公教授领导的该课题组一直致力于对原核细胞内蛋白酶体调控机理的研究。经过3年多的艰辛努力,该课题组首次解析了枯草芽孢杆菌内蛋白酶体调节亚基MecA-ClpC复合物的三个相关晶体结构,并结合大量的生化实验数据,揭示了六聚体MecA-ClpC复合物的组装方式,阐明了MecA介导ClpC激活的分子机理,并提供了MecA-ClpC执行功能的结构基础。

这些发现对揭密其它Clp/Hsp100分子机器的组装方式也有很好的借鉴作用,并且为研究真核生物内更为复杂的泛素-蛋白酶体系统提供了方法论和实验基础。

膜蛋白的结构生物学研究一直以来是结构生物学领域公认的重点及难点。1985年,第一个膜蛋白结构问世,当时共计仅有不到200个生物大分子结构。而时至今日,PDB收录的近7万个生物大分子结构中,膜蛋白结构依然不多,足见膜蛋白结构生物学研究的困难。清华大学结构生物学中心在过去几年间相继报道了多个新型膜蛋白晶体结构,为我国的膜蛋白结构生物学研究作出了重要贡献,其成果在国际结构生物学领域获得了充分关注。

Structure and mechanism of the hexameric MecA–ClpC molecular machineRegulated proteolysis by ATP-dependent proteases is universal in all living cells.

Bacterial ClpC, a member of the Clp/Hsp100 family of AAA+ proteins (ATPases associated with diverse cellular activities) with two nucleotide-binding domains (D1 and D2), requires the adaptor protein MecA for activation and substrate targeting.

The activated, hexameric MecA–ClpC molecular machine harnesses the energy of ATP binding and hydrolysis to unfold specific substrate proteins and translocate the unfolded polypeptide to the ClpP protease for degradation.

Here we report three related crystal structures: a heterodimer between MecA and the amino domain of ClpC, a heterododecamer between MecA and D2-deleted ClpC, and a hexameric complex between MecA and full-length ClpC.

In conjunction with biochemical analyses, these structures reveal the organizational principles behind the hexameric MecA–ClpC complex, explain the molecular mechanisms for MecA-mediated ClpC activation and provide mechanistic insights into the function of the MecA–ClpC molecular machine.

These findings have implications for related Clp/Hsp100 molecular machines.

施一公 博士教授,博导,长江讲座教授,国家杰出青年基金获得者1985-1989 清华大学生物科学与技术系,学士

1990-1995 美国约翰霍普金斯大学医学院,分子生物物理学博士

1995 美国约翰霍普金斯大学医学院,博士后

1996-1997 美国史隆凯特林癌症研究中心结构生物学实验室,博士后

1998-2001 美国普林斯顿大学分子生物学系,助理教授

2001-2003 美国普林斯顿大学分子生物学系,(终身)副教授

2003-2008 美国普林斯顿大学分子生物学系,(终身)教授

2007-2008 美国普林斯顿大学分子生物学系,Warner-Lambert/Parke-Davis教授

2008-至今 清华大学生命科学学院,教授、博导

主要科研领域与方向:

主要运用结构生物学和生物化学的手段研究肿瘤发生和细胞调亡的分子机制,集中于肿瘤抑制因子和细胞凋亡调节蛋白的结构和功能研究

与重大疾病相关膜蛋白的结构与功能的研究

细胞内生物大分子机器的结构与功能研究