許超課題組與合作者在《Cell Research》發(fā)文揭示a-tubulin末端去酪氨酸酶的催化機制及其在有絲分裂中的重要功能
近日， 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)許超教授課題組，南方科技大學(xué)黃鴻達(dá)教授課題組及丹麥-哥本哈根大學(xué)Marin Barisic教授課題組合作，解析了a-tubulin末端去酪氨酸酶復(fù)合物SVBP/Vasohibin-1以及該異二聚體分別與a-tubulin羧基端模擬多肽、抑制劑分子epoY的高分辨復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)，通過研究其功能突變體的體外/體內(nèi)酶活確定了SVBP/Vasohibin-1復(fù)合體的底物結(jié)合界面及催化機制，并通過細(xì)胞生物學(xué)實驗發(fā)現(xiàn)其在星體微管的形成中具有重要作用從而參與調(diào)節(jié)有絲分裂進(jìn)程。相關(guān)成果以“Molecular basis of vasohibins-mediated detyrosination and its impact on spindle function and mitosis”為題，于6月6日以Article形式在線發(fā)表于《Cell Research》雜志。
微管是細(xì)胞骨架系統(tǒng)的重要組成，微管在維持細(xì)胞形態(tài)，細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)/細(xì)胞器運輸，細(xì)胞區(qū)室化，有絲分裂等重要生命活動中具有不可替代的作用。微管是由a-tubulin/b-tubulin異源二聚體在GTP存在下形成的由13條微管原絲環(huán)繞形成的中空管狀復(fù)合物（除鞭毛、纖毛中的特質(zhì)化微管結(jié)構(gòu)）。微管結(jié)構(gòu)的動態(tài)調(diào)節(jié)對生命活動至關(guān)重要，除了通過在微管形成中摻入不同亞型的微管蛋白以及結(jié)合各種微管結(jié)合蛋白外，微管蛋白的可逆翻譯后修飾（如磷酸化、乙?；?、甲基化、谷氨?；⒏拾滨；?、泛素化、SUMO化、酪氨酸/去酪氨酸化）在調(diào)節(jié)微管動態(tài)方面扮演了重要角色。其中微管蛋白的酪氨酸/去酪氨酸在調(diào)節(jié)微管穩(wěn)定性方面的研究開展較早，并且負(fù)責(zé)a-tubulin末端的酪氨酸連接酶在九十年代就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)。然而，從發(fā)現(xiàn)a-tubulin的去酪氨酸修飾的四十多年來，a-tubulin的去酪氨酸酶一直是未知，直到2017年末，兩篇發(fā)表于《Science》雜志的文章揭示SVBP/Vasohibin復(fù)合物是a-tubulin末端去酪氨酸酶 (PMID:29146869, 29146868)，這才閉環(huán)了微管的酪氨酸/去酪氨酸修飾環(huán)路。
Vasohibin蛋白家族包含兩個同源蛋白VASH1和VASH2，屬于非典型的半胱氨酸蛋白酶家族，屬于上皮細(xì)胞分泌蛋白，其蛋白的穩(wěn)定性和功能的執(zhí)行需要其伴侶分子SVBP (Small vasohibin-binding protein)。先前的報道, Vasohibin蛋白在血管生成方面具有重要作用，并且兩個同源蛋白VASH1和VASH2的作用是拮抗的，并未發(fā)現(xiàn)其執(zhí)行蛋白酶的功能。通過解析SVBP/Vasohibin-1分別與a-tubulin羧基端模擬多肽的復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)，并結(jié)合體外生化、質(zhì)譜、細(xì)胞內(nèi)酶活試驗，此研究揭示了VASH1蛋白具有非典型的催化活性中心 (Cys-His-Leu),該催化活性中心在VASH2及其他物種的Vasohibin同源蛋白中保守，同時也揭示SVBP促進(jìn)VASH1酶活的分子機制。由于微管去酪氨酸化在有絲分裂中的重要性，在細(xì)胞內(nèi)敲低Vasohibin蛋白將抑制有絲分裂期中星體微管的形成。此外，所解析的抑制劑分子epoY與SVBP/Vasohibin-1也揭示了先前epoY不可逆抑制Vasohibin蛋白酶活的分子機制，有助于后續(xù)靶向藥物的研發(fā)。
SVBP/VASH1分別與epoY,模擬a-tubulin羧基端多肽的復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)，敲低Vasohibin蛋白會影響紡錘體微管長度，并抑制星體微管的形成。
本文第一作者為許超教授課題組特任副研究員廖善暉、Marin Barisic教授課題組博士后Girish Rajendraprasad、黃鴻達(dá)教授課題組博士后汪娜，許超教授、Marin Barisic教授、黃鴻達(dá)教授為共同通訊作者。
此工作獲得了基金委、微尺度國家研究中心及中科院先導(dǎo)項目支持。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41422-019-0187-y
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