PNAS | 肖俊宇研究組和高寧研究組合作解析人源線粒體三功能酶復(fù)合物的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)
2018年6月19日，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、北大清華聯(lián)合中心肖俊宇課題組與高寧課題組合作在PNAS上在線發(fā)表了題為“Cryo-EM structure of human mitochondrial trifunctional protein” 的研究論文。
脂肪是人體內(nèi)的重要能量來源，而脂肪酸b-氧化是脂肪被分解代謝進行氧化功能的最主要途徑。線粒體三功能酶在該通路中發(fā)揮關(guān)鍵催化作用，負責(zé)催化b-氧化四步反應(yīng)中的三步，即長鏈脂肪酸的水合反應(yīng)、脫氫反應(yīng)和硫解反應(yīng)。在人體中，線粒體三功能酶異常會引起脂肪代謝紊亂進而造成妊娠期急性脂肪肝等致死性疾病，但人源線粒體三功能酶復(fù)合物的結(jié)構(gòu)至今為止尚未被解析。
肖俊宇課題組和高寧課題組合作，利用冷凍電鏡單顆粒三維重構(gòu)技術(shù)，通過對蛋白純化和電鏡制樣條件進行篩選和優(yōu)化，最終首次解析了人源線粒體三功能酶近原子分辨率的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。
A. TFP三功能酶催化脂肪酸b-氧化過程中的三步反應(yīng)。
B. 人源TFP四聚體電鏡結(jié)構(gòu)。
研究表明，人源TFP復(fù)合物主要呈現(xiàn)a2b2四聚體的狀態(tài)，雖然已有文獻和生化教科書多數(shù)認為其為八聚體。四聚體中a亞基和b亞基之間的組裝形式與之前報道的原核同源復(fù)合物中情況截然不同，顯示了真核與原核TFP復(fù)合物在催化過程中有著不同的底物傳遞路徑。結(jié)構(gòu)進一步揭示了b亞基中的一個高等真核生物所特有的插入?yún)^(qū)域。該區(qū)域富含正電氨基酸，可能參與和線粒體內(nèi)膜的相互作用。生化研究表明去掉該片段顯著影響b亞基和脂質(zhì)體的結(jié)合及在線粒體膜上的定位，驗證了該插入?yún)^(qū)域在TFP復(fù)合物與膜結(jié)合中的功能。文章進一步對大量已報道的TFP亞基突變進行了統(tǒng)計分析，結(jié)合結(jié)構(gòu)信息對部分突變氨基酸致病的分子機制進行了闡述，為探尋三功能酶缺陷癥及脂肪代謝紊亂等病的分子機理奠定了基礎(chǔ)。
北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、北大清華生命科學(xué)聯(lián)合中心肖俊宇研究員為該論文的通訊作者。分子醫(yī)學(xué)研究所的陳曉偉研究員和化學(xué)與分子工程學(xué)院的王初研究員為該研究提供了重要的技術(shù)支持。北京大學(xué)前沿交叉學(xué)科研究院14級博士生梁凱以及生命科學(xué)學(xué)院博士后李寧寧為該論文的共同第一作者。陳曉偉課題組的博士生王瀟、王初課題組的博士后戴建業(yè)、生科院17級博士生劉譜藍參與了該課題的研究。該項研究得到了蛋白質(zhì)與植物基因研究國家重點實驗室、北大清華生命科學(xué)聯(lián)合中心、國家重點研發(fā)計劃、以及國家自然科學(xué)基金的支持。
原文鏈接：http://www.pnas.org/content/early/2018/06/14/1801252115
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