探討La蛋白酶胺基端功能區與降解標籤的交互作用

Abstract

隆蛋白酶為一種腺苷三磷酸依賴型蛋白酶 (ATP-dependent protease)，隸屬於AAA+蛋白家族。隆蛋白酶除了具有蛋白酶的活性之外，還有伴護蛋白的功能。隆蛋白酶主要存在於原核生物的細胞內及真核生物的胞器中，透過降解失去正確構型的蛋白來參與細胞的蛋白質品質管理，隆蛋白酶也會透過降解帶有降解標籤的蛋白，來進行細胞生理反應的調控。隆蛋白酶的結構包含與受質辨識相關的胺基端功能區、負責腺苷三磷酸 (ATP) 水解的腺苷三磷酸酶 (ATPase) 功能區及蛋白酶功能區。先前研究利用蛋白質交聯 (cross-linking) 實驗證明大腸桿菌隆蛋白酶 (EcLonA) 需要透過其胺基端功能區來與降解標籤結合，然而目前尚無結構上的證據可以說明隆蛋白酶的胺基端功能區與降解標籤之間的交互作用。本研究利用核磁共振實驗來探討隆蛋白酶與細胞分裂抑制劑SulA的羧基端末20個胺基酸 (Sul20降解標籤) 的交互作用。首先我們以受質降解實驗證明隆蛋白酶需要透過胺基端功能區的辨識，才能降解攜帶降解標籤的蛋白受質。透過分析核磁共振光譜的變化，我們發現隆蛋白酶的胺基端功能區主要會透過其胺基端子功能區與降解標籤結合，而降解標籤上的芳香族胺基酸及疏水性胺基酸也被證實在該反應中扮演重要的角色。接著我們分別表現攜帶不同長度降解標籤的蛋白受質進行受質降解實驗，來探討降解標籤的長度是否會影響其促進隆蛋白酶降解受質的能力，結果顯示Sul20降解標籤的羧基端5個胺基酸對促進隆蛋白酶之降解速率相當重要，同時我們也發現降解標籤的長度亦會對隆蛋白酶之降解效率有一定的影響。最後我們希望透過共結晶與配體浸泡實驗，更直接地看見隆蛋白酶的胺基端功能區與合成之降解標籤胜肽的複合體結晶結構，然而截至目前為止都沒有理想的結果，其原因大致可歸納如下，分別是晶體在浸泡過程中破裂、沒破裂的晶體馬賽克性 (mosaicity) 過高或解析度過低。綜合以上，本研究發現隆蛋白酶主要透過其胺基端功能區上的胺基端子功能區與降解標籤進行交互作用，而降解標籤上的疏水性胺基酸及芳香族胺基酸亦在該作用中扮演重要的角色。