09增选院士最新PNAS文章

　　

生物通报道：来自清华大学生物膜及膜生物工程国家重点实验室，兰州大学，以及耶鲁大学研究人员发现位于周质空间的一种特殊蛋白DegP蛋白能在蛋白质质控过程中扮演双重角色，这对于了解蛋白分子伴侣，以及高温环境下蛋白的变化具有重要意义。这一研究成果公布在《美国国家科学院院刊》上。

领导这一研究的是清华大学隋森芳博士，其早年毕业于清华大学，后获得德国慕尼黑技术大学博士学位，1989年回国在清华大学生物科学与技术系执教，2009年中科院增选院士。其主要的研究领域是利用一些显微及生化等技术手段进一步了解了蛋白结构与功能。

细胞对于蛋白的质量控制机制需要利用分子伴侣蛋白（molecular chaperones）和蛋白酶，这是一类在序列上没有相关性但有共同功能的蛋白质，它们在细胞内帮助其他含多肽的结构完成正确的组装，而且在组装完毕后与之分离，不构成这些蛋白质结构执行功能时的组份”。热休克蛋白就是一大类分子伴侣。

DegP蛋白就是细菌包膜中的一类蛋白酶伴护分子，广泛存在于各种生物体内，又称为HtrA(high temperature requirement A)。这一蛋白参与了蛋白质量控制及外膜蛋白（OMP）的生物生成，对于E．coli在高温下的生存是必须的，缺失后E．coli在42℃以上将不能存活。之前6月的一篇《Nature》文章中，研究人员就发现了DegP蛋白酶伴护分子的功能：对于错误折叠的蛋白，DegP的内腔起拮抗作用，以保证折叠的OMP原体（protomers）能够安全穿过周质（periplasm），同时消除误折叠的蛋白。

在这篇文章中，研究人员发现DegP蛋白在未结合底物的情况下，能在类脂膜上形成碗形结构低聚物（见下图第一张图）。

研究人员又检测了膜结合DegP与一系列未折叠蛋白相互作用的情况。结果他们发现在溶液中，这种膜结合DegP碗形低聚物与非膜结合的DegP相比，具有更高蛋白酶活性和更低分子伴侣活性。研究人员认为DegP蛋白能通过在类脂膜上的聚集使其在两种功能间转换，从而具备两种调控作用：在常温下( 25 °C)，作为分子伴侣帮助其他蛋白的正确折叠；而在高温时(37–45 °C)，作为蛋白酶高效降解未折叠或变性蛋白。

（生物通：万纹）

附：

隋森芳 博士
　　教授，博士生导师
　　简历：
　　1970, 清华大学, 学士
　　1980, 清华大学, 硕士
　　1988, 德国慕尼黑技术大学(Technical University Munich), 自然科学博士
　　1989年至今任清华大学生物科学与技术系副教授、教授(1991-)、博士生导师。
　　奖励：
　　2000年度中国高校科技进步奖(自然科学奖)一等奖。2001年度全国优秀博士学位论文博士生导师。编著《膜分子生物学》获2005年度北京市高等教育精品教材奖。2005年度国家自然科学奖二等奖。
　　主要研究领域与方向：
　　分子生物学与结构生物学： 利用电子显微学及三维重构技术, 并结合生物化学和生物物理学等多学科技术手段 重点研究蛋白质复合体及生物大分子复杂体系的结构与功能, 研究膜蛋白的结构与功能。
　　分子生物学与细胞生物学： 研究胞内及胞间的囊泡输运, 生物膜与重大疾病的关系。 特别注重于把分子生物学, 细胞生物学及结构生物学等多学科技术手段结合起来研究囊泡运输中的分子机制, 蛋白质与膜脂的相互作用。

原文摘要：

Bowl-shaped oligomeric structures on membranes as DegP's new functional forms in protein quality control

In the periplasm of Escherichia coli, DegP (also known as HtrA), which has both chaperone-like and proteolytic activities, prevents the accumulation of toxic misfolded and unfolded polypeptides. In solution, upon binding to denatured proteins, DegP forms large cage-like structures. Here, we show that DegP forms a range of bowl-shaped structures, independent of substrate proteins, each with a 4-, 5-, or 6-fold symmetry and all with a DegP trimer as the structural unit, on lipid membranes. These membrane-bound DegP assemblies have the capacity to recruit and process substrates in the bowl chamber, and they exhibit higher proteolytic and lower chaperone-like activities than DegP in solution. Our findings imply that DegP might regulate its dual roles during protein quality control, depending on its assembly state in the narrow bacterial envelope.