中国学者Science Advances揭示了Lon蛋白酶降解底物的过程机制

研究人员展示了与Lon蛋白酶活性位点结合的底物结构，并揭示了以前未被认识到的由Lon蛋白酶降解底物的过程机制。

　　

在最近发表在Science Advances杂志上的一项研究中，由中国科学技术大学(中国科学院)张凯铭教授领导的研究团队及其合作者展示了与Lon蛋白酶活性位点结合的底物结构，并揭示了以前未被认识的由Lon蛋白酶降解底物的过程机制。

Lon蛋白酶通过降解某些蛋白质在某些微生物物种中发挥着重要的生物学作用。该化合物由共价连接的N端区域、AAA+结构域和蛋白酶结构域(c端)组成。晶体结构表明，AAA+和蛋白酶结构域形成一个封闭的腔结构，6个ATP酶位点朝外，6个蛋白水解活性位点朝内。

众所周知，Lon以一种渐进的方式降解蛋白质底物，按顺序将蛋白质链切割成小肽。此前的研究推测，Lon中封闭的腔室是作为蛋白质的隔离器，导致蛋白质的降解过程。

在本研究中，研究人员发现Lon的封闭腔室并不是导致蛋白降解的直接原因，事实上，蛋白降解发生在每个单独的蛋白降解活性位点。研究人员获得了三张高分辨率的低温电子显微镜(cryo-EM)图，显示了在每个蛋白水解活性位点上的底物多肽的迁移密度。随后进行的蛋白质降解测定证实，在单个蛋白降解活性位点水平上发生了渐进性。

研究人员随后确定了与Lon结合的各种底物多肽的晶体结构。他们发现，在所有情况下，底物都是通过其C端末端与蛋白水解活性位点结合，并且每个活性位点都形成一个狭窄的结合槽，只容纳底物的非prime残基。结果表明，蛋白质降解遵循C-N顺序裂解机制。

此外，研究人员在结合槽的出口侧还发现了一种普遍保守的酸性残留物，这对蛋白水解活性是不可或缺的。这种非催化残渣可能通过Lon和裂解中间体之间的羧基-羧基相互作用促进了蛋白质水解过程。

本研究揭示了Lon蛋白酶诱导底物降解的机制。它为理解Lon和其他具有类似活性的蛋白酶的结构机制提供了一个完整的框架。

文章标题

Processive cleavage of substrate at individual proteolytic active sites of the Lon protease complex