蛋白质翻译延长过程中核糖体的结构与动力学研究

核糖体是细胞内进行蛋白质合成的复杂生物大分子机器。近十年来发表的一系列高精度的核糖体结构，阐述了蛋白质翻译过程中初始化、延长、终止各个步骤的分子机.制。其中翻译延长阶段是蛋白质合成问题的核心，直到最近才解析了延长过程中几个基本的复合物结构, 但完整的动力学机制仍然不清楚。其中核糖体大、小亚基的相对旋转（即棘轮运动，ratcheting）是主要的动态过程之一，解析这一动态过程中各个中间态的高精度结构对于深入理解蛋白质翻译延长具有重要意义。申请人已经发表的工作首次解析了其中一个重要中间态的晶体结构，本项目将在此研究基础上，利用抗生素稳定核糖体的中间态结构，以获得高质量的晶体，通过解析各个中间态的高精度结构，可以详细地揭示翻译延长中完整的动力学过程。核糖体抗生素复合物的结构解析，也可以解释相关抗生素的作用机制，有助于设计新型抗生素，并解决日益紧迫的细菌耐药性难题。

核糖体是翻译蛋白质的分子机器，也是抗生素的主要靶点。核糖体翻译过程涉及多个动态过程，机制还不完全清楚。而高精度的核糖体结构，可以从原子水平揭示翻译的完整过程和调控的详细分子机制。我们分别研究了几个核糖体蛋白及抗生素与核糖体70S和mRNA 、tRNA的复合物，并由中间构象揭示其中涉及的动态过程。通过晶体学方法，筛选高精度的核糖体复合物晶体，利用最近建成的新线站，我们得到大部分晶体衍射3～4埃，数据收集达到4～4.5埃的初步结果，后续研究有望进一步提高精度。我们研究发现，S1的两个N端结构域（S1-d1d2）与核糖体结合，可导致30S头部构象变化，不仅有利于提高晶体质量和结构精度，而且有助于解释mRNA的解螺旋和翻译调控的机制。另外奇霉素（spectinomycin，Spc）结合核糖体不仅导致30S头部构象变化，而且会引起翻译延长过程中mRNA的移框错误。我们研究的核糖体复合物结构具有重要生物医学意义，不仅涉及翻译中动态过程、调控机制，而且可以解释抗生素的作用机理，其中涉及的新型大环内酯（macrolides）等抗生素的研发有利于解决耐药性问题。