以大規模平行分析揭露 CueR 金屬感應蛋白決定金屬選擇性及反應性之設計原理

Abstract

細胞中負責感應並調控金屬恆定的蛋白對特定金屬應具高度專一性。然而，前人研究顯示這些感應蛋白常非專一地與多種金屬離子反應。為探究蛋白質對金屬選擇性的原理，我選用大腸桿菌的CueR轉錄因子作為模式系統。CueR蛋白可與一價銅、銀和金離子結合來開啟下游基因表現，我以大規模平行分析法建構十六萬種 CueR金屬結合域變異株並量測它們對三種離子的反應。結果顯示CueR蛋白的反應性主要由金屬結合域的單一胺基酸決定，而涉及脯胺酸的雙位點交互作用則在一價銅與金離子的選擇性上扮演主角。此外，如金屬結合域出現色胺酸會減損CueR蛋白的反應性，使CueR變成不受金屬調控的轉錄活化蛋白，此不良效應為MerR家族的金屬結合域皆缺乏色胺酸提供一項合理的解釋。總結，我的研究顯示演化如何塑造CueR蛋白的金屬結合域及其金屬離子選擇性的設計原理。