郑宁首发性成果登上《自然》封面

　　

生物通报道：来自美国华盛顿大学医学院药理学系，印第安纳州大学生物学系，英国剑桥大学化学系的研究人员获得了拟南芥TIR1–ASK1复合物的晶体结构，从而建立了一种植物激素受体的第一个结构模型，这一研究成果公布在本期（4月5日）《Nature》杂志封面上。

 

 

 

 

 

领导这一研究的是来自华盛顿大学的郑宁（Ning Zheng，音译）博士，自2000年以来，郑博士先后在Cell、Nature和Science等国际权威杂志上发表了多篇文章，并且有三篇文章成为杂志的封面故事进行推荐，去年一篇有关泛素蛋白连接酶结构生物学的文章也发表在了10月的《Nature》杂志上。

原文摘要：
Nature 446, 640-645 (5 April 2007) | 
doi:10.1038/nature05731; Received 27 January 2007; Accepted 8 March 2007
Mechanism of auxin perception by the TIR1 ubiquitin ligase
[Abstract]

生长素是最早被发现的一种植物激素。英国的查里·达尔文和他的儿子弗兰西斯·达尔文首先利用金丝雀翳（yi）草胚芽鞘进行向光性实验，发现在单方向光照射下，胚芽鞘向光弯曲；如果切去胚芽鞘的尖端或在尖端套上锡箔小帽，单侧光照也不会使胚芽鞘向光弯曲；如果单侧光不照射胚芽鞘尖端而只向下照射胚芽鞘下部，胚芽鞘还是会向光弯曲。当时，他们推测：胚芽鞘向光弯曲是由于幼苗在单侧光照射下，产生某种影响，从上部传到下部，造成背光的一侧生长快，而这种“影响”就是植物生长素Auxin。

之后的研究证明生长素Auxin是一种关键的植物激素，能调控植物生长和发育的许多方面，在对一个小家族：F-box蛋白（包括转运抑制应答因子1（transport inhibitor response 1，TIR1）的研究中发现，生长素Auxin可以通过促进SCF对Aux/IAA转录抑制子的泛素连接酶（ubiquitin-ligase）催化降解，来调控基因的表达，但是TIR1 F-box蛋白是如何感应，以及通过生长素Auxin激活仍然是这一领域的一个未知之谜。

在这篇文章中，研究人员获得了拟南芥TIR1-ASK1复合物的晶体结构，其中包含3个不同的生长素auxin复合物，以及Aux/IAA底物多肽。从这些结构中，研究人员发现TIR1亮氨酸富集重复区域包含了一个未预料到的inositol hexakisphosphate共因子，而且这一区域也可以通过一单表面槽（single surface pocket）识别生长素auxin和Aux/IAA多肽底物。

通过锚定在TIR1槽（TIR1 pocket）的底部，生长素auxin可以结合到一个部分兼容的位点——可以结合不同的生长素auxin类似物，而Aux/IAA底物多肽则定位在生长素auxin的顶部，占据了TIR1槽的其余部分，完全封闭住激素结合位点。这样填充进蛋白界面的一个疏水室，生长素auxin就作为一个“分子胶水”（molecular glue），加强TIR1-底物相互作用。

这一研究成果是第一个获得植物激素受体的结构模型，为理解生长素auxin的作用，以及信号传递提供了重要的数据。
（生物通：张迪）

附：
Dr. Ning Zheng

Assistant Professor 

Structural Biology of Ubiquitin-Protein Ligases 

Protein turnover represents an efficient mechanism in regulation of protein functions in almost all areas of biology. Protein ubiquitination and ubiquitination-dependent proteolysis play a central role in controlling protein turnover. Their importance in biology is being recognized based on recently fast growing studies in areas such as cell cycle control, DNA repair, transcription, signal transduction, and apoptosis. Deregulation of ubiquitination pathways often leads to abnormal cell growth and differentiation and is linked to cancer and a number of diseases. The biological significance of protein ubiquitination is almost comparable to that of protein phosphorylation. 

To degrade a protein in a specific and timely manner, eukaryotic cells first covalently modify the protein substrates on their lysine residues with a small highly conserved protein, ubiquitin (Figure 1). Additional ubiquitin molecules are then added in a sucessive way, forming a polyubiquitin chain. Polyubiquitinated protein substrates are targeted to the proteasome, which mediates the proteolytic digestion of the substrates. Three classes of enzymes are involved in the ubiquitination reactions. Ubiquitin-activating enzyme (E1), ubiquitin-conjugating enzyme (E2), and ubiquitin-protein ligase (E3). The specificity and extension of ubiquitin transfer from E2 to the substrate is mediated by the E3, which on the one hand recognizes a specific substrate and on the other hand recruits an charged E2. 



Publications

T. Li, X. Chen, K.C. Garbutt, P. Zhou, and Ning Zheng 2006. Crystal structure of DDB1 in complex with simian virus 5 V protein: A multifacet propeller cluster in ubiquitin ligase machinery under viral hijack. Cell 124:105-117. 

Zheng, N., Schulman, B.A., Miller, J.J., Wang, P., Jeffrey, P.D., Chu, C., Koepp, D.M., Elledge, S.J., Pagano, M., Conaway, R.C., Conaway, J.W., Harper, J.W., and Pavletich, N.P. (2002) Structure of the Cul1-Rbx1-Skp1-FboxSkp2 Ubiquitin-Protein Ligase Complex. Nature 416: 703-709 (Cover Story). 

Yang, H., Jeffrey, P.D., Miller, J.J., Kinnucan, E.R., Sun, Y., Tomas, N.H., Zheng, N., Chen, P., Lee, W.H., and Pavletich, N.P. (2002) BRCA2 Function in DNA Binding and Recombination from a BRCA2-DSS1-ssDNA Structure. Science 297: 1837-1848 (Cover Story). 

Zheng, N., Wang, P., Jeffrey, P.D., and Pavletich, N.P. (2000) Structure of a c-Cbl-UbcH7 Complex: RING Domain Function in Ubiquitin-Protein Ligases. Cell 102: 533-539. 

Zheng, N., Fraenkel, E., Pabo, C.O., and Pavletich, N.P. (1999) Structural Basis of DNA Recognition by the Heterdimeric Cell Cycle Transcription Factor E2F-DP. Genes & Development 13: 666-674 (Cover Story).