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脑组织中丰富表达的Ras同源类似物(Ras homolog enriched in brain,Rheb)是一个小G蛋白,可以正向调控mTOR(the mammalian target of rapamycin)信号通路。果蝇来源的翻译水平调控的肿瘤蛋白(translationally controlled tumor protein,TCTP)被认为可以通过帮助Rheb的鸟嘌呤交换,调控细胞的大小。现在我们通过体外实验证明了人源的TCTP可以和Rheb相互作用,并且可以加速GDP的释放。同时,细胞实验也表明,人源TCTP可以激活mTORC1信号通路。为了观察这两个蛋白质的相互作用方式以及TCTP加速Rheb鸟嘌呤交换的分子机制,我们以Rab8/Mss4的晶体结构为模版,构建了人源GDP和GTP结合状态的Rheb和TCTP复合物的同源结构模型,并通过对这个结构模型的分子动力学模拟,揭示了参与这两个蛋白质相互作用的关键氨基酸以及Rheb发生构象变化的区域。将这些氨基酸突变后,通过生物化学和细胞生物学手段证明这些氨基酸在TCTP通过Rheb激活mTOR信号通路的过程中扮演了重要角色,进一步验证了该模型的可靠性。此外,TCTP突变体E12V是一个缺乏GEF活性的突变体,我们解析了该突变体晶体结构,发现该突变体活性的丧失是并不是由于整体结构上个改变,而是由于缺少了可以与Rheb上45位赖氨酸形成盐键的谷氨酸所致。这些结果阐述了TCTP通过和Rheb相互作用激活mTOR信号通路的分子机制。
氨基酰tRNA合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase,aaRS)是进化史中一类古老的酶类,是研究早期进化事件的很好的模型。目前为止,色氨酰tRNA合成酶(Tryptophanal-tRNA synthetase,TrpRS)和酪氨酰tRNA合成酶(tyrosyl-tRNA synthetase,TyrRS)的进化关系仍然存在争议。由于这两种氨基酰tRNA合成酶在序列上差异较大,但具有很高的结构相似性,所以基于结构的进化分析可能更适合研究这两个酶的进化关系。因此,我们解析了来源于古细菌代表一掘越氏热球菌(Pyrococcus horikoshii)的TrpRS和其底物TrpAMP复合物的晶体结构。基于这个结构,我们进行了一次较为完整的基于结构的进化分析,该进化树首次包含了来源于三界的TrpRS和TyrRS的晶体结构。分析显示,这两种酶单独的进化树和以前报道的基于序列的进化树是一致的。但是,在研究这两种酶的进化关系时发现,来源于古细菌/真核的TyrRS和所有的TrpRS更为相似,而和来源于细菌的TyrRS较为不相似。这个结果显示了TrpRS起源于TyrRS的古细菌分支上。而且TrpRS和古细菌TyrRS在进化树上的较短距离,以及TrpRS的广泛分布,共同说明了TrpRS的出现是一个进化的早期事件。