蛋白酶体调节颗粒盖子复合体的亚基相互作用和自组装机理研究

The ubiquitin-proteasome system is one of the most important protein degradation pathways in cell. The proteasome, which is the catalytic machinery functioning in substrate protein digestion, is under strict regulation. The regulatory particles are multi-subunit protein complexes locating on the two ends of the proteasome, and function in ubiquitinated-protein recognition, interaction, deubiquitination, unfolding and translocation into the chamber of the core particle. The structure-function relationship of the regulatory particle is a hot topic worldwide. Up till now, the structure-function relationship of the proteasome regulatory particle lid complex remains the least understood. The lid complex is formed via a self-assembly hierarchy, with six PCI domain-containing subunits forming a structural scaffold, which binds the deubiquitinating subunit as well as ubiquitin receptors. Investigation into the assembly mechanism and subunit interactions of the lid complex is essential for understanding the function of the proteasome regulatory particle. This research project aims to elucidate the assembly mechanism of the lid complex and its role in protein degradation by studying the structures and interaction of lid complex subunits.

泛素-蛋白酶体途径是细胞中最重要的蛋白质降解途径之一。作为执行底物蛋白降解反应的分子机器，蛋白酶体自身即受到严格调控。在完整的蛋白酶体结构两端，各有一个称为调节颗粒的多亚基蛋白质复合体，参与泛素化底物蛋白的的识别、结合、去泛素化、去折叠以及向蛋白酶体核心颗粒内部转运等过程。目前，对于蛋白酶体调节颗粒结构与功能关系了解最为匮乏的是其中具有去泛素化功能的盖子复合体。盖子复合体是通过一个分级的自主装过程形成的，其中六个亚基通过共有的PCI结构域的亚基相互作用形成结构支架，在此基础上结合了具有去泛素化酶活性的亚基以及泛素受体。对盖子复合体的组装机理和亚基相互作用的研究，对理解蛋白酶体调节颗粒的生物功能尤为重要。本项目拟应用核磁共振技术对蛋白酶体盖子复合体进行亚基结构和相互作用等方面的研究，以阐明盖子复合体自组装的分子机理，以及盖子复合体在底物蛋白降解过程中的作用。

泛素-蛋白酶体途径是细胞中最重要的蛋白质降解途径之一。蛋白酶体结构两端的调节颗粒为多个蛋白质亚基组成的复合体，参与泛素化底物蛋白的的识别、结合、去泛素化、去折叠以及向蛋白酶体核心颗粒内部转运等过程。本项目应用液体核磁共振方法对调节颗粒中盖子复合体的若干亚基进行结构和相互作用等方面的研究。通过本项目的研究，我们解析了Rpn9全长蛋白的高分辨溶液结构，对原有的基于低温冷冻电镜技术的蛋白酶体结构模型中Rpn9的N端结构域的结构进行了修正；解析了Rpn5亚基NTD结构域的三维溶液溶液，对现有蛋白酶体的低温冷冻电镜结构中这一区域提供了新的、高分辨率的三维结构信息。我们确定了Rpn9与Rpn5和Rpn10亚基之间的相互作用界面，通过对Rpn5-NTD的动态结构和残基保守性的综合分析，提供了Rpn5蛋白在盖子复合体组装过程中参与亚基间相互作用的关键位点信息，以及其发生大幅构象变化的动态基础。此外，通过基于TROSY技术的三共振核磁实验完成了对Rpn12全长蛋白的化学位移指认，为进一步应用研究该亚基在盖子复合体组装过程中与其它亚基的相互作用提供了基础。本项目获得了盖子复合体中若干Rpn亚基或其结构域的核磁共振化学位移指认、蛋白质动力学数据和高分辨率溶液结构，并探索了不同亚基之间的相互作用方式，从分子水平上初步揭示了不同Rpn亚基相互作用特异性的分子机制，为进一步应用核磁共振深入研究盖子复合体的自组装、在底物蛋白降解过程中发挥作用的相互作用和动态构象变化提供了重要的基础。