单颗粒冷冻电子显微学研究重要蛋白质复合体的结构与功能

Proteins often need to form large complexes to accomplish the complicated biological functions. The structural and functional studies of protein complexes are at the forefront of current biology. As a fast-developing technology, cryo-electron microscopy has become acknowledged to be an indispensable tool in the study of protein complexes. In this project, we are aiming to elucidate the structures and functions of the most important protein complexes in cellular events by using cryo-electron microscopy in combination with techniques in biochemistry, biophysics and molecular biology. The specific aims are: 1) study the structure of 20S particle, which has an essential role in intracellular vesicle fusion events, in order to elucidate the molecular mechanism underlying disassembly of the SNARE complex by NSF, a member of AAA+ ATPase family; 2) study the structures of two bacterial HtrA proteases, DegP and DegQ, in complex with their substrates, in order to elucidate the structural basis and regulation mechanism underlying the proteolytic function and chaperone activity of HtrA proteins.

生命体中的蛋白质往往需要形成大的复合物以完成复杂的生物学功能。对蛋白质复合体结构与功能的研究是当今生物学研究的热点和前沿。迅速发展的冷冻电子显微学已经成为公认的研究蛋白质复合体的重要方法。本项目旨在运用冷冻电子显微学，并结合生物化学、生物物理学和分子生物学的方法，研究生命过程中重要的蛋白质复合体的结构与功能。研究内容包括两个方面：一，通过研究囊泡转运系统中重要的蛋白质机器20S复合体的结构，揭示AAA型ATPase酶家族蛋白成员NSF解开SNARE复合体的分子机制。二，通过研究HtrA蛋白酶家族成员DegP和DegQ与其底物结合的复合体的结构，揭示其行使蛋白酶和分子伴侣功能的结构基础及调节机制。

生命体中的蛋白质往往需要形成大的复合物以完成复杂的生物学功能。对蛋白质复合体结构与功能的研究是当今生物学研究的热点和前沿。迅速发展的冷冻电子显微学已经成为公认的研究蛋白质复合体的重要方法。本项目主要运用冷冻电子显微学技术,并结合生物化学、生物物理学和分子生物学的方法,研究囊泡转运系统中重要的蛋白质机器20S复合体的结构与功能,揭示AAA型ATPase酶家族蛋白成员NSF解开SNARE复合体的分子机制，以及HtrA蛋白酶家族成员形成的复合体的结构,揭示其行使蛋白酶功能的结构基础及分子机制。利用冷冻电镜技术，我们获得了20S中SNAP-SNARE装配体的结构，发现了四个α-SNAP围绕着左手环绕的SNARE螺旋束形成筒状右手环绕，进一步结构分析发现了一个新的蛋白间相互作用的位点，并且验证了这个位点对于SNARE的解聚的重要性，根据这些结果我们提出了NSF解聚SNARE的全新工作模型。我们还解析得到了HtrA家族成员Nma111p的3.4埃的结构，并通过结构分析和大量的生化实验阐明了Nma111p蛋白C端部分的作用，以及Nma111p蛋白结构的动态性对其功能的影响。这些研究对于揭示这些蛋白质复合体在发挥生物学功能时的分子机制具有非常重要的意义。