蛋白激酶Cα相互作用蛋白的结构与功能

蛋白激酶Cα相互作用蛋白（protein interacting with Cα kinase,PICK1）是蛋白激酶Cox（protein kinase Cα,PKCα）的靶蛋白之一,也是在PKCα和突触后膜受体蛋白间起重要作用的衔接蛋白。PICK1分别由PDZ结构域、BAR结构域以及卷曲螺旋区和酸性氨基酸区组成。PICK1中的PDZ结构域和受体蛋白、转运蛋白、衔接蛋白的相互作用报道较多,BAR结构域则与支架蛋白、质膜等相互作用。PICK1在突触可塑性、神经递质传递、外周神经感觉、细胞生长和黏连等方面发挥重要作用。本文对PICK1的结构和功能进行综述。     

PICK1蛋白C端酸性区域对其功能的调节

蛋白激酶C相互作用蛋白1(protein interacting with Ckinase1,PICK1)是调节AMPA(alpha-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole propionic acid)受体在细胞膜上的数量与分布,引起LTP与LTD现象的重要蛋白.本文利用基因克隆、荧光光谱以及免疫分析等方法,分析了PICK1蛋白C末端酸性区对BAR结构域与膜脂结合能力以及PICK1分子内BAR(Bin/amphiphysin/RVS)结构域与PDZ结构域相互作用的影响,研究了钙离子结合C末端酸性区后对上述相互作用的调节.结果显示,C末端酸性区的存在使BAR结构域与膜脂的结合能力减弱大约10倍,但PICK1分子内的BAR与PDZ结构域的相互作用与不含C末端的酸性区相比增强了大约4倍.另一方面,C末端酸性区的存在,伴随钙离子浓度的提高,有助于增强BAR与膜脂的结合,却削弱了PDZ和BAR结构域的作用.当钙离子浓度增加到500μmol/L时,BARC的脂质结合能力以及和PDZ的亲和力与不含酸性区相当.     

PICK1的结构与功能研究进展

PICK1蛋白是一个从线虫到人都高度保守膜周蛋白,在多种组织中表达,尤以脑和睾丸的表达最高.在细胞内,PICK1定位于核周区和诸如神经突触的特化细胞结构中.PICK1蛋白含一个PDZ结构域和一个BAR结构域,PDZ结构域能和许多膜蛋白结合.而BAR结构域能与脂质分子(主要为磷酸肌醇)相结合,通过这种机制PICK1可调节相关蛋白的亚细胞定位和膜表达.由于各蛋白与PICK1相互作用的PDZ结合基序不同,可利用与特定蛋白结合基序相同的PDZ结合多肤竞争性地结合PDZ结构域,特异性地阻断该蛋白的作用,从而特异性地增强或减弱PICK1在某组织中的作用,为PICK1的临床应用提供了药理基础.     

PICKI的结构与功能研究进展

PICKI蛋白是一个从线虫到人都高度保守膜周蛋白,在多种组织中表达,尤以脑和睾丸的表达最高。在细胞内,PICKI定位于核周区和诸如神经突触的特化细胞结构中。PICKI蛋白含一个PDZ结构域和一个BAR结构域,PDZ结构域能和许多膜蛋白结合,而BAR结构域能与脂质分子（主要为磷酸肌醇）相结合,通过这种机制PICKI可调节相关蛋白的亚细胞定位和膜表达。由于各蛋白与PICKI相互作用的PDZ结合基序不同,可利用与特定蛋白结合基序相同的PDZ结合多肽竞争性地结合PDZ结构域,特异性地阻断该蛋白的作用,从而特异性地增强或减弱PICKI在某组织中的作用,为PICKI的临床应用提供了药理基础。     

PICK1：一个功能多样的药靶蛋白

蛋白质是生命功能的执行者.生命体中某些关键蛋白的功能异常往往是导致疾病发生的根本原因.这些疾病相关蛋白极有可能成为药物靶点,为新药研发和疾病治疗提供重要线索. PICK1蛋白（protein interacting with Cα kinase 1）结合能力广泛、功能多样以及在多种重要疾病（如：癌症、精神分裂症、疼痛、帕金森综合症等）的发生发展过程中发挥潜在的作用,使其成为一个可能的药靶蛋白. PICK1与绝大多数配体蛋白的相互作用是通过其PDZ结构域与配体C末端区域的结合介导的,使PICK1的PDZ结构域成为一个潜在的药物靶点.因此,可以利用生物小分子物质特异性地结合PICK1的PDZ结构域,干扰或阻断PICK1与配体蛋白的天然相互作用,最终达到治疗相关疾病的目的.     

PICK1中N端酸性区域对其PDZ结构域脂质结合能力的调节

蛋白激酶Cα相互作用蛋白1(protein interacting with Cα kinase 1, PICK1)是衔接膜上受体和蛋白激酶Cα的重要蛋白.利用荧光光谱结合定点突变技术 、蛋白与脂质覆盖法等方法,分析了PICK1蛋白N末端区域几个酸性氨基酸残基对PDZ 结构域与膜脂结合的影响,以及钙离子结合N末端酸性区域对PDZ脂结合能力的调节. 结果显示, 带有上游酸性区域的PDZ结构域（NPDZ）的脂质结合能力仅相当PDZ结构 域的15%,相比单独的PDZ结构域与脂质的解离常数Kd(PDZ)为1.58×103 μg·L-1, NPDZ与脂质解离常数Kd(NPDZ)为3.3×104μg·L-1,其中在N末端酸性残基中D8与 D12两个天冬氨酸是影响脂质结合能力减弱的关键残基,若将二者分别突变为丙氨酸 后,NPDZ与脂质的解离常数分别为：Kd (D8/A)=4.42×103μg·L-1;Kd (D12/A) =1.73×103μg·L-1接近于PDZ结构域与脂质结合能力;钙离子会增强NPDZ脂结合能力,当钙离子浓度达到30 μmol/L时,NPDZ的脂结合能力提高2.3倍,但只相当于PDZ的50% 的结合能力.     

受体、突触和记忆

大脑中神经元突触间的信号传递是由许多神经递质受体介导的。在过去,Richard L．Huganir实验室一直致力于神经递质受体功能调节的分子机制。而最近,该实验室又聚焦到大脑中一种最主要的兴奋性受体的研究——谷氨酸受体。谷氨酸受体主要可以分为两大类：AMPA受体和NMDA受体。AMPA受体主要介导了快速的兴奋性突触传递;而NMDA受体则在神经可塑性和发育中起到重要作用。实验发现,AMPA受体和NMDA受体都可以被一系列的蛋白激酶磷酸化,而磷酸化的水平则直接影响了这些受体的功能特性,包括通道电导和受体膜定位等。AMPA受体磷酸化的水平同时还在学习和记忆的细胞模型中发生改变,如长时程增强（LTP）和长时程抑制（LTD）。此外,AMPA受体中GluR1亚单位的磷酸化对于各种形式的可塑性以及空间记忆的维持有重要的作用。实验室主要研究突触部位谷氨酸受体在亚细胞水平的定位和聚集的分子机制。最近,一系列可以直接或间接与AMPA和NMDA受体相互作用的蛋白质得以发现,其中包括一个新发现的蛋白家族GRIPs（glutamate receptor interacting proteins）。GRIPs可以直接和AMPA受体的GluR2／3亚单位的C端结合。GRIPs包含7个PDZ结构域,可以介导蛋白与蛋白直接的相互连接,从而把各个AMPA受体交互连接在一起并与其他蛋白相连。另外,GluR2亚单位的c端还可以和兴奋性突触中的蛋白激酶C结合蛋白（PICK1）的PDZ结构域相互作用。另外,GluR2亚单位的C端也可以与一种参与膜融合的蛋白NSF相互作用。这些与AMPA受体相互作用的蛋白质对于受体在膜上的运输以及定位有至关重要的作用。同时,受体与PICK1和GRIP的结合对于小脑运动学习中的LTD有重要作用。总体上说,该实验室发现了一系列可以调节神经递质受体功能的分子机制,这些工作提示受体功能的调节可能是?     

多功能的胞内衔接蛋白syntenin

Syntenin蛋白是在原核生物及真核生物中广泛存在的一类胞内衔接蛋白（adaptor proteins）. Syntenin由N端结构域（N-terminal domain,NTD）、两个串联的PDZ结构域(postsynaptic density protein, disc large and zonula occludens, PDZ)和C端结构域（C-terminal domain,CTD）组成,在生物进化过程中相对保守. Syntenin蛋白的PDZ结构域可与不同膜受体C端的PDZ结合基序（PDZ-binding motif,PBM）特异性结合, PDZ结构域结合受体的多样性导致了syntenin功能的多样性. 本文综述了syntenin蛋白的发现与分布及其结构特征,对syntenin在肿瘤转移、细胞质膜蛋白组装、参与动物免疫等领域的研究成果进行了较为详细的综述,同时介绍了syntenin在参与动物胚胎发育调控、血管生成和轴突生长等方面的研究进展.     

PDZ结构域介导的PIP脂质信号转导

PDZ结构域是调控蛋白质/蛋白质相互作用的一类重要结构域,能特异结合蛋白质C末端一段有规律的氨基酸序列。含有PDZ结构域的支架蛋白能够组装成超大的蛋白质复合体来调控细胞内的信号转导通路。最新研究表明,PDZ结构域还能与PIP脂质直接相互作用,从而参与调控PIP脂质信号通路。将综合最新研究进展,阐明PDZ结构域与PIP脂质的作用方式,以及对相关PIP脂质信号转导的调控过程。     

PSD—95对NMDA受体信号转导的整合作用

PSD－95是新近在谷氨酸能突触的突触后致密物（PSD）中发现的一种特殊蛋白质,含有3个N末端的PDZ结构域,一个SH3结构域和一个C末端的GK结构域。PSD－95通过不同结构域与其它蛋白相互作用,不仅能够串集NMDA受体及其信号通路中的相关蛋白分子,组成受体－信号分子－调节分子－靶分子复合物,还可通过突触前后粘附分子的相互作用,参与突触连接的形成和维持,在介导和整合NMDA受体信号转导中具有关键性作用。     

PDZ结构域的结构特点及其识别特异性配体的机制

PDZ结构域作为介导蛋白质之间相互作用的重要结构域之一,参与到细胞内运输、离子通道、以及各种信号传导通路等多种生物学过程.PDZ结构域是由80~100个氨基酸组成的小的球状结构域,对某些多PDZ结构域蛋白来说,需要一前一后形成串联体才能正确折叠.另外,PDZ结构域相互之间也可以形成同源或异源二聚体.这些PDZ结构域的突出特点是能特异性地识别配体靶蛋白C末端短的氨基酸序列,但有些也能识别靶蛋白的内部β发夹结构.而一些支架蛋白的PDZ结构域与细胞膜上脂类的相互作用则增加了其与膜的亲和性.本文简要概括了PDZ结构域的结构特点及其对配体的各种特异性识别的机制,从而为研究各种PDZ蛋白的功能提供了结构基础.     

大鼠MUPP1蛋白PDZ8结构域的生化及晶体结构特性

多重PDZ结构域蛋白1型（MUPP1）是一种存在于上皮细胞和神经细胞内含有13个PDZ结构域的重要支架蛋白.在上皮细胞中,MUPP1蛋白在紧密连接结构的形成和上皮细胞的极化过程中发挥重要作用.而在中枢神经系统中,MUPP1基因的1个提前终止突变导致了其最后12个PDZ结构域的缺失,以及严重的先天性脑积水.此外,MUPP1蛋白的表达水平与酒精依赖性和药物戒断的严重性也具有显著的相关性.因此,对MUPP1蛋白所含的PDZ结构域进行纯化和性质鉴定,将有助于深入研究MUPP1蛋白的功能和分子机制.在本文研究中,利用亲和纯化和分子筛技术,对大鼠来源的MUPP1蛋白的第8个PDZ结构域进行了表达和纯化.多角度激光光散射的数据表明: MUPP1-PDZ8结构域在溶液中为单体,分子量为16.4 kD.圆二色谱结果表明,MUPP1-PDZ8结构域具有较好的二级结构折叠,测得其熔解温度为71.6摄氏度,暗示该PDZ结构域在溶液中非常稳定.最后,MUPP1-PDZ8结构域的晶体结构显示,该结构域属于I 型PDZ 结构域,包含3个α螺旋和6个β折叠.其中GLGL模块、β折叠B上的1 351位亮氨酸,以及α螺旋B上的1 405位异亮氨酸/1 398位组氨酸形成的PDZ结合口袋,可以特异性地与其目标蛋白质的羧基末端相结合.综上所述,本文的研究提供了MUPP1-PDZ8结构域的生化特性,以及该结构域与其目标蛋白质相互作用的分子机制,这将为MUPP1蛋白的功能研究提供生物化学与结构生物学的理论基础.     

通过筛选随机多肽文库研究ZO-1中PDZ1结构域的配体结合特点

选择ZO-1的PDZ1结构域作为研究对象,以酵母双杂交为筛选系统,筛选随机多肽文库和与其它PDZ结构域的配体进行相互作用,阐明ZO-1 PDZ1的配体结合特性.ZO-1 PDZ1识别配体C末端保守的氨基酸序列通式可以表示为：［S/T］［F/Y/W］［V/I/L/C］-COOH、［S/T］［K/R］V-COOH、V［F/Y/W］［L/C］-COOH、EYV-COOH.研究发现ZO-1 PDZ1的配体同时具有3种传统PDZ结构域配体的特点,不同的是其结合配体-1位对芳香族氨基酸具有强烈的偏好性.并且某些PDZ结构域配体的-1位和-3位对结构域与配体相互作用的特异性和亲和力有重要的作用.随后通过生物信息学的方法在Swiss-Prot数据库找到与此识别规律相符合的天然人类蛋白质.根据蛋白质的功能和细胞定位等性质选择10个配体用酵母双杂交验证相互作用.证实的相互作用配体有4个.本研究希望用这样的研究策略建立一种有效的研究蛋白质相互作用的方法,通过在全蛋白质组规模上对含有结合配体保守氨基酸序列的蛋白质的查询,理论上可以找到现有数据库中所有可能与目的结构域结合的潜在配体蛋白,特别是那些筛选cDNA文库不容易获得的低丰度配体.     

验证性筛选PDZ结构域结合配体文库快速研究HtrA2/Omi PDZ结构域的结合特性

HtrA2/Omi是一种线粒体丝氨酸蛋白酶, 在哺乳动物细胞中具有双重功能, 即诱导细胞凋亡和参与维持线粒体活性的动态平衡. PDZ结构域是最重要的蛋白质相互作用结构域之一, 参与多种生物学过程, 如细胞信号转导、蛋白质降解、细胞骨架组织等. 最近研究发现, HtrA2/Omi蛋白的PDZ结构域与配体的相互作用, 可以调节HtrA2/Omi蛋白自身的水解酶活性.以HtrA2/Omi PDZ结构域为研究对象, 用酵母双杂交系统验证性筛选PDZ结构域结合配体文库, 快速研究该结构域的结合特性, 并在人类全蛋白质组范围内预测并发现该结构域新的相互作用蛋白, 最后分析这些新的相互作用所能够形成的最小相互作用网络来评估其可信度. 研究结果揭示了HtrA2/Omi PDZ结构域新的结合特性, 即: 不仅能够结合已报道的II类PDZ配体而且还可以结合I类和III类PDZ配体, 并且配体-3位氨基酸具有一定范围内的可变性. 而且, 发现了7个新的HtrA2/Omi PDZ结构域相互作用蛋白, 为进一步阐明HtrA2/Omi蛋白的生物学功能提供了重要线索. 同时证明了验证性筛选目的结构域结合配体文库, 这一结构域结合特性研究新策略的实用性和高效性.     

肿瘤转移相关基因syntenin的融合表达及纯化

肿瘤相关基因syntenin在乳腺癌的转移和浸润过程中发挥重要作用。syntenin基因编码蛋白的C端有2个串联的PDZ(PDZ1和PDZ2)结构域,它们与该蛋白的功能密切相关。PDZ结构域存在于多种蛋白质中。用PCR方法扩增了syntenin全长、N端（ΔPDZ)、串联重复的PDZ(2PDZ)、PDZ1和PDZ2结构域编码序列,并将其以正确相位与pGEX-2T载体中的GST序列编码融合,构建成重组质粒pGST-syntenin、pGST-ΔPDZ、pGST-2PDZ、pGST-PDZ1和pGST-PDZ2。将这些重组质粒分别转化E．coli DH50α后,分别表达了相应的GST融合蛋白。Westem blot检测结果表明,2种融合蛋白均能与GST抗体反应。表达的GST融合蛋白经谷胱甘肽-Sepharose 4B亲和层析获得了纯化的融合蛋白,为PDZ结构域及其相关蛋白功能研究提供了有用的材料。     

利用随机多肽文库研究ZO-1中PDZ3结构域的配体结合特点

建立一种研究PDZ结构域配体结合特点的简单方法 .利用酵母双杂交技术从随机多肽文库中寻找所有可能与ZO 1中PDZ3结构域结合的C末端序列 ,从现有蛋白质数据库中检索所有具有该C末端蛋白 .利用液体培养物 β 半乳糖苷酶检测实验 ,比较文库中筛选的C末端序列和已知的PDZ3结构域结合配体———JAM的C末端 (SFLV)与PDZ3结构域结合的强弱 .共筛选到 3个阳性克隆 ,其C末端序列分别为 LGWV、 LVWV和 DEWV .前 2者属于第二类PDZ结构域 ,后者属于第三类 .蛋白质数据库检索结果表明 ,有多个蛋白质具有 LGWV、 LVWV末端 ,没有检索到任何具有 DEWV末端的蛋白质 .结合强度实验结果表明 ,它们与PDZ3结构域结合强度依次为 DEWV > LGWV > LVWV > SFLV ,说明筛选的 3个C末端除了反映ZO 1中PDZ3结构域可能的潜在结合配体外 ,也有可能成为JAM蛋白阻断性试剂甚至药物的重要组成部分之一 .利用随机多肽文库 ,可以尽可能寻找所有可能与PDZ结构域结合的C末端序列 ,大大提高了基因文库筛选的效率     

BAR结构域蛋白质的功能

近期对果蝇双载蛋白(amphiphysin)BAR结构域晶体结构的报道,使得BAR结构域研究成为热点。虽然在序列水平上保守性较低,但双载蛋白的BAR结构域与Arfaptin 2的GTP酶结合结构域在结构上极为相似。通过对两种蛋白质的BAR结构域同源序列进行检索分析,发现了大量含BAR结构域相关蛋白质。研究发现,BAR结构域蛋白质多数都参与细胞内物质转运及胞吞作用;BAR结构域不仅可以通过其二聚化基元感知和诱导膜的弯曲,而且某些蛋白质的BAR结构域还具有与小GTP酶结合的功能。     

Erbin:LAP家族的新成员

Erbin(ErbB2结构蛋白）是LAP家族新成员,它的N末端有16个富含亮氨酸的重复序列（LRR）,在LRR后有一个LRR样的结构域,C末端含有PDZ结构域,实验证明Erbin通过其PDZ结构域与ErbB2结合。在上皮和神经元等级性细胞中,Erbin对ErbB2的定位或定向转移具有重要作用,并可增加ErbB2在细胞表面的表达量。Erbin作为支架蛋白还参与了细胞骨架的形成。     

C1q蛋白家族的结构、分布、分类和功能

C1q蛋白家族由众多含C1q结构域的蛋白组成, 从细菌到高等哺乳动物中都有分布。这类蛋白由一条信号肽、胶原样区(Collage-like region, CLR)和C1q球状结构域(Globular C1q domain, gC1q)组成。C1q蛋白家族根据其结构特点, 可分为三大类分子：C1q、C1q-like和ghC1q。C1q是补体经典途径的起始分子, 能够识别免疫复合物, 启动补体系统经典途径; 此外, 作为一种模式识别受体分子(Pattern recognition receptor, PRR), 它可以结合种类繁多的配体。C1q-like蛋白的结构类似于C1q分子, 含有CLR和gC1q结构域, 在水蛭中参与神经系统的修复, 在脊椎动物中实现从凝集素到免疫球蛋白结合分子的功能转变, 参与补体系统的激活。ghC1q蛋白只具有gC1q结构域和一段短的N末端序列, 包括分泌型蛋白(sghC1q)和非分泌型蛋白(cghC1q)。sghC1q在无脊椎动物固有免疫系统中发挥重要作用; 脊椎动物中的sghC1q可作为一类新型跨神经元调节因子, 在大脑的许多区域调节突触发育和突触可塑性。cghC1q基因最早可追溯至芽孢杆菌属的细菌中, 具有典型的gC1q果冻卷结构, 说明gC1q结构域有着非常悠久的进化历程且结构高度保守。文章对C1q蛋白家族的结构、分布、分类以及功能进行综述, 以期为从事该领域研究的科研人员提供有益参考。     

中枢神经系统L-型电压门控钙通道的功能调控与脑缺血

中枢神经系统L 型电压门控钙通道 (L typevoltage gatedcalciumchannels ,L VGCCs)由α1C(D)亚基和辅助亚基组成。α1C亚基的C 端包含多个功能结构域 ,可分别与钙调素、钙调蛋白酶、cAMP依赖性蛋白激酶、Src家族酪氨酸蛋白激酶 (Srcfamilyproteintyrosinekinases ,SrcPTKs)等相互作用 ,从而参与L VGCCs的功能调控。SrcPTKs介导的两种钙通道———L VGCCs和N 甲基 D 天冬氨酸 (N methyl D aspartate ,NMDA)受体的对话可能是缺血性脑损伤的重要机制