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Science:破解重要肌肉成分的原子晶体结构

摘要 : 2014年7月25日,美国宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的生物物理学家Roberto Dominguez领衔的研究团队在Science期刊上发表的研究成果详细阐述了肌动蛋白微丝(actin filaments)如何在其固定的一端形成肌肉的基本机构,即肌小节。

 Science:破解重要肌肉成分的原子晶体结构

肌动蛋白是人体内最丰富的一种蛋白质。人体大部分的运动,包括细微到细胞及其亚结构水平的运动,都要靠它完成,甚至包括癌细胞的扩散。肌动蛋白分子在其他蛋白质的辅助下聚合成拥有多种形态的肌动蛋白微丝。这种蛋白微丝具有正负极性,与其伸展方向相关。肌小节则是心肌、骨骼肌以及平滑肌的收缩结构,主要由肌动蛋白和肌球蛋白组成。其中,肌动蛋白微丝通过加帽蛋白(capping proteins)固定住其两端。而负责在负极加帽的则是原肌球调节蛋白。虽然这种原肌球调节蛋白已经被发现了30年了,但其工作机理依然不是很清楚。而要破解这个奥秘,则需要知道肌动蛋白微丝负极的结构。

该研究小组破解了原肌球调节蛋白结合肌动蛋白的原子晶体结构。对人工突变的原肌球调节蛋白的结构并进行生化分析表明,一个原肌球调节蛋白分子能缠绕在一个肌动蛋白微丝负极,并与三个肌动蛋白亚基和两个原肌球蛋白分子高度特异地相互作用。这项研究将有助于揭示原肌球调节蛋白、肌动蛋白以及原肌球蛋白突变引起的心脏疾病。

该团队目前正在致力于研究另一个新近发现的平滑肌蛋白。它与原肌球调节蛋白很相似,但是功能迥异,如发现其主要参与肌小节的发育和修复。

原文摘要:

Mechanism of actin filament pointed-end capping by tropomodulin

Jampani Nageswara Rao, Yadaiah Madasu, Roberto Dominguez

Proteins that cap the ends of the actin filament are essential regulators of cytoskeleton dynamics. wheras several proteins cap the rapidly growing barbed end, tropomodulin (Tmod) is the only protein known to cap the slowly growing pointed end. The lack of structural information severely limits our understanding of Tmod’s capping mechanism. We describe crystal structures of actin complexes with the unstructured amino-terminal and the leucine-rich repeat carboxy-terminal domains of Tmod. The structures and biochemical analysis of structure-inspired mutants showed that one Tmod molecule interacts with three actin subunits at the pointed end, while also contacting two tropomyosin molecules on each side of the filament. We found that Tmod achieves high-affinity binding through several discrete low-affinity interactions, which suggests a mechanism for controlled subunit exchange at the pointed end.

本文作者:中国科学院上海生命科学信息中心(生命科学研究快报网)张永娟

来源: 生命科学研究快报 浏览次数:37

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