丁建平研究组连发两篇Sci Rep文章 深度剖析异柠檬酸脱氢酶

1月18日丁建平研究组在国际学术期刊Scientific Reports发文，揭示了人源NAD依赖型异柠檬酸脱氢酶（NAD-IDH）ag二聚体别构调节的分子机制。并于1月31日同一期刊上揭示了人源NAD依赖型异柠檬酸脱氢酶（NAD-IDH）的b和g 亚基在全酶中行使不同的生物学功能。

　　

丁建平研究组长期从事真核生物异柠檬酸脱氢酶的结构和功能研究，曾先后测定了人胞浆NADP-IDH和酵母线粒体NADP-IDH与辅酶、底物、金属离子和产物等复合物的晶体结构，并开展了生化和功能研究，揭示了NADP-IDH发挥生物学功能及其导致疾病发生的分子基础。

1月18日其研究组在国际学术期刊Scientific Reports发文，揭示了人源NAD依赖型异柠檬酸脱氢酶（NAD-IDH）αγ二聚体别构调节的分子机制。并且于1月31日同一期刊上揭示了人源NAD依赖型异柠檬酸脱氢酶（NAD-IDH）的β和γ亚基在全酶中行使不同的生物学功能

IDH是一类广泛存在于生物体中的酶家族，该酶以NADP或NAD为辅酶催化异柠檬酸（isocitrate，ICT）氧化脱羧生成α-酮戊二酸。真核生物具有NADP和NAD依赖型的两种IDH，其中NADP-IDH存在于细胞浆、线粒体和过氧化物酶体中，被发现主要在细胞抗氧化损伤、活性氧自由基的解毒以及脂肪和胆固醇合成中起重要作用；而NAD-IDH存在于线粒体内，被认为是三羧酸循环的限速酶。

哺乳动物NAD-IDH是由α、β和γ三种亚基以2:1:1的比例组装而成，其中α亚基是催化亚基，参与底物、辅因子、金属离子的结合，而β和γ亚基被认为是调节亚基，可能具有结合调节因子的能力。前期他人研究工作发现，哺乳动物NAD-IDH可以受到柠檬酸CIT、ADP等因子的别构调节，从而改变自身对底物异柠檬酸ICT的亲和力，但不影响最大反应速率。α和β亚基或者α和γ亚基可以形成基本的结构单元、并分别具有一定的活力，αβ和αγ异元二聚体组装成八聚体全酶发挥功能，但是β和γ两种调节亚基在结构和功能上的差异，以及它们进行别构调节的机制还不清楚。

第一项研究中，丁建平研究组的助理研究员马腾飞等人对人源NAD-IDH中αγ二元复合物进行了深入的结构和功能研究。解析了4种野生型αγ二元复合物结合不同配体的高分辨率晶体结构（包括g亚基不结合配体的结构，γ亚基结合Mg2+和CIT的结构，γ亚基结合Mg2+、CIT和ADP的结构，γ亚基结合Mg2+、ICT和ADP的结构）以及一种αγ突变体g-K151A结合Mg2+、CIT和ADP的结构。结构分析表明，CIT、ADP和Mg2+结合在γ亚基别构位点中相邻的位置。CIT的结合会引起别构位点的构象变化，并通过二聚体相互作用界面将这种构象变化传递到催化中心，从而提高酶对底物的结合力，使酶具有较高的催化效率。ADP的结合不会引起进一步的构象变化，但是通过Mg2+介导的相互作用稳定了CIT在别构位点的结合，从而实现了ADP和CIT之间的协同激活作用。ICT也可以结合在CIT的结合位点，引起类似的构象变化，但是它的激活作用较弱。该工作首次从分子水平上阐明了αγ二元复合物的别构调节机制，极大地推进了人源NAD-IDH全酶的结构功能研究。

第二项研究则系统地研究了人源NAD-IDH全酶以及αβ和αγ异元二聚体受调节因子激活前后的酶学性质。生化数据表明，αβ和αγ异元二聚体均具有催化活力，但是表现出不同的酶学性质。αγ异元二聚体体现出与全酶相似的酶动力学参数，可以受到CIT和ADP的别构调节，并且可以受到低浓度ATP的激活及高浓度ATP的抑制。与之不同，αβ异元二聚体不能被CIT和ADP别构调节，并且只能受到ATP的抑制。通过突变体的实验研究人员还发现，在受调节因子激活前后，αβ和αγ异元二聚体对全酶酶活力的贡献是相当的，并且都可以通过γ亚基而非b亚基受到CIT和ADP的别构调节。这些研究结果首次阐明了b和g调节亚基在功能上的差异，即在人源NAD-IDH全酶中γ亚基发挥调节功能，而β亚基主要在全酶组装中发挥结构功能。

（生物通综合）