酵母SNARE蛋白Vti1p以一种新颖的方式结合Ent3蛋白

摘要

SNARE蛋白在囊泡运输膜融合阶段起着重要作用,所以在囊泡形成时就必须作为一种特殊的货物蛋白被正确包裹进入囊泡内。人们发现,普通的货物蛋白通过很短的线性motif被adaptor(AP,GGA)所识别,而SNARE蛋白的Vtilb-Habc作为货物蛋白和EpsinR-ENTH结构域的识别则是通过两个蛋白三级结构的界面进行识别,这种识别模式具有更高的特异性。Vtilb在酵母中的同源物为Vtilp,EpsinR在酵母中的同源物为Ent3,Ent3和EpsinR的ENTH结构域同源性很高(45％),而Vtilb和Vtilp的同源性非常低。
　　 目前从三维结构上认识ENTH结构域与Vtil的相互作用和识别的复合物晶体结构只有人源的EpsinR-ENTH结构域和鼠源SNARE蛋白Vtilb-Habc结构域复合物结构被报道。考虑到Vtil在序列上的不保守性,这种相互作用是否具有普遍性是人们关心的一个重要问题,人们需要了解更多Vtil-Habc结构域被ENTH结构域识别的结构信息。我们分别构建、表达纯化了酵母的Vtilp和ENT3-ENTH蛋白并解析了它们的晶体结构。通过结构分析,我们发现了它们和人的同源物都有着非常相似的三级结构:Vtil-Habc结构域是保守的三段螺旋,ENTH结构域是保守的八段helix构成的球状结构。但是通过与人EpsinR-ENTH结构域和鼠Vtilb-Habc结构域相互作用结合面上表面电荷分布的比较,我们发现很多不同之处,这不由让我们提出这样一个问题:酵母的Vtilp-Habc和Ent3-ENTH是以什么样的模式来相互结合?这种结合方式是否与人Vtilb-Habc和EpsinR-ENTH的结合方式相类似?
　　 为了获得酵母Ent3-ENTH和酵母Vtilp-Habc相互作用的结构信息,我们又获得了两者的复合物晶体结构。有意思的是,该复合物结构显示酵母Ent3-ENTH和Vtilp-Habc采取了和人源蛋白EpsinR-ENTH与Vtilb-Habc完全不同的结合方式。酵母Ent3-ENTH以a2-a3 loop,a4-a5 loop和a8构成的结合面来与Vtilp-Habc结合,这个结合面和人源EpsinR-ENTH的结合面相同,而酵母Vtilp-Habc在复合物晶体结构中是通过第二段螺旋nb和第三段螺旋Hc的C端与ENTH结合,而人源Vtib-Habc则是通过第一段螺旋Ha和Hb-Hc间的loop与ENTH结合。结合相关的酵母Vti-Habc和Ent3-ENTH突变实验和酵母双杂交实验,验证了这种结合方式在酵母体内的真实性。同时,在复合物晶体结构中,第一次观察到一个晶体学不对称单位里包含了一个Vtilp-Habc和两个ENTH结构域的现象。
　　 通过研究,我们发现酵母ENTH-Habc间的结合更多依靠于电荷间的相互作用,而人的ENTH-Habc间的结合主要依靠疏水相互作用。人和酵母ENTH-Habc间不同的相互作用模式可能导致SNARE motif相对位置发生改变,进而影响和SNARE motif对其他结合蛋白的结合。通过人和酵母ENTH-Habc结合方式的不同,我们提出Vtil蛋白在进化时和ENTH结合能力改变的一些推测。另外,根据在晶体结构中ENTH结构域以二体形式存在的现象,我们提出了一种新的ENTH使膜改变的模型。