7月25日，《自然-通訊》（Nature Communications）在線發(fā)表了中國科學院生物物理研究所馮巍課題組撰寫的題為The architecture of kinesin-3 KLP-6 reveals a multilevel-lockdown mechanism for autoinhibition的研究論文。該研究首次報道kinesin-3家族KLP-6蛋白處于自抑制狀態(tài)的全長蛋白高分辨率結構；采用生物化學和細胞生物學手段闡釋kinesin-3的多層次自抑制機制，為探索kinesin-3的活性調控奠定基礎。

驅動蛋白（kinesin）是馬達蛋白的一種，存在于多細胞生物體內，依靠水解ATP提供能量，沿著25納米粗細的微管軌道運輸各種貨物以供應細胞生命活動。驅動蛋白在細胞中執(zhí)行大量關鍵任務，因而其活性受到嚴格調控。驅動蛋白失活或過度激活均會對細胞正常功能的發(fā)揮產生不利影響，導致多種疾病發(fā)生。

多年來，馮巍課題組致力于驅動蛋白激活與自抑制分子機制的研究。課題組運用生化和細胞生物學手段，提出kinesin-3家族蛋白二聚化的結構模型，并揭示其由馬達結構介導的自抑制機制。然而，由于全長蛋白結構模型的缺失，關于驅動蛋白激活和抑制狀態(tài)的認知尚不完整。

基于驅動蛋白自身的特點，獲得性質均一的全長驅動蛋白是頗挑戰(zhàn)性。本研究中，經過反復篩選，科研人員將研究對象鎖定為來自線蟲的kinesin-3 KLP-6。經過蛋白表達和純化方式的不斷摸索，研究最終得到蛋白并解析了KLP-6全長蛋白的X-射線晶體結構。得益于全長蛋白的結構解析，研究首次觀察到完整的、處于抑制狀態(tài)下的驅動蛋白結構。結構分析顯示，整個KLP-6蛋白呈緊湊的自折疊狀態(tài)，蛋白中的Coiled-Coil區(qū)域（CC1和CC2）與內部多個不同結構域協(xié)同工作，依次鎖定KLP-6的頸部區(qū)域和馬達結構域。其中，CC1熔斷成三個短的螺旋，這些短螺旋與馬達結構域、頸部區(qū)域相互作用，限制頸部區(qū)域的二聚化。同時，CC2與其相鄰的FHA、MBS結構域以及尾部的MATH結構域整合形成一個超模塊。該超模塊包裹在馬達結構域外圍，一方面阻止馬達結構域中ADP分子的釋放，另一方面妨礙馬達結構域與微管軌道的結合。基于這些結構特征，該研究提出kinesin-3多層次自抑制的模型，并通過在內部互作界面上引入點突變來驗證該模型的合理性。研究分析了已知疾病相關點突變在結構中的具體位置，結果顯示一些點突變恰好位于不同結構域間的互作界面上，暗示這些點突變可能通過解除驅動蛋白的自抑制，造成蛋白的過度激活從而進一步導致疾病發(fā)生。

研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、中科院戰(zhàn)略性先導科技專項（B類）及國家自然科學基金等的支持。

論文鏈接

驅動蛋白kinesin-3家族多層次自抑制及其貨物介導激活的機制模型

來源：中科院