同济大学Nature子刊揭示驱动蛋白作用机制

来自同济大学生命科学与技术学院，法国国家科研中心LEBS实验室的研究人员首次精确阐明了驱动蛋白与微管蛋白的相互作用方式和结合位点，揭示了驱动蛋白发生ATP水解时的构象。这一研究成果公布在Nature Structural & Molecular Biology杂志上。

　　

生物通报道：来自同济大学生命科学与技术学院，法国国家科研中心LEBS实验室的研究人员发表了题为“Structure of a kinesin–tubulin complex and implications for kinesin motility”的文章，首次精确阐明了驱动蛋白与微管蛋白的相互作用方式和结合位点，揭示了驱动蛋白发生ATP水解时的构象。这一研究成果公布在Nature Structural & Molecular Biology杂志上。

文章的通讯作者是同济大学蛋白质研究所王春光教授，以及法国国家科研中心LEBS实验室Marcel Knossow博士，其中驱动蛋白与微管蛋白相互作用的生化性质研究由同济大学博士生王伟毅和本科生姜启阳完成。

驱动蛋白（kinesin）是一大类以微管（microtubule）为轨道的马达蛋白，能够把水解ATP产生的能量转化为机械能，负责很多物质的胞内运输，因此参与许多重要的生物学活动。驱动蛋白在微管上的运输工作高度严格有效，每一个ATP水解事件都能使得驱动蛋白在微管上向前迈一步。在这一过程中，ATP与驱动蛋白的结合是一个关键步骤，足以使得驱动蛋白产生power stroke。但驱动蛋白工作过程的结构机制从未在原子分辨率水平得到解析。

在这篇文章中，研究人员通过解析ATP结合状态下驱动蛋白与微管蛋白（tubulin）的复合物晶体结构，首次精确阐明了驱动蛋白与微管蛋白的相互作用方式和结合位点，揭示了驱动蛋白发生ATP水解时的构象。

更重要的是，从该复合物晶体结构中可以清楚地看到，驱动蛋白与ATP的结合和与微管蛋白的结合分别导致其马达结构域中两个α-螺旋H6和H4的位移，这又使得驱动蛋白的Neck linker片段结合到马达结构域表面，形成docking的构象，这就是驱动蛋白工作过程中产生作用力的关键构象变化。这一结果大大促进了对驱动蛋白工作机理的理解，并为进一步的研究奠定了基础。

此外同在这本杂志上，近期同济大学与Dana-Farber癌症研究所的研究人员合作，利用整合基因组数据分析方法，挖掘临床相关的癌症重要长非编码RNA，找到了两个重要的前列腺癌lncRNA基因。

研究人员通过对公共数据库中人类外显子芯片（Human Exon Array）的重注释和再分析，对lncRNA在癌症中的表达谱进行研究，并结合其它类型的数据，挖掘出在癌症中起作用的lncRNA和可能被用于癌症诊断的生物标签。他们结合各种组学数据，着重对前列腺癌进行了分析，找到了两个重要的lncRNA基因（分别命名为PCAN-R1和PCAN-R2），并通过实验手段验证了这两个lncRNA确实在前列腺癌中起到了调控癌细胞生长的作用。

原文摘要：

Structure of a kinesin–tubulin complex and implications for kinesin motility

The typical function of kinesins is to transport cargo along microtubules. Binding of ATP to microtubule-attached motile kinesins leads to cargo displacement. To better understand the nature of the conformational changes that lead to the power stroke that moves a kinesin's load along a microtubule, we determined the X-ray structure of human kinesin-1 bound to αβ-tubulin. The structure defines the mechanism of microtubule-stimulated ATP hydrolysis, which releases the kinesin motor domain from microtubules. It also reveals the structural linkages that connect the ATP nucleotide to the kinesin neck linker, a 15–amino acid segment C terminal to the catalytic core of the motor domain, to result in the power stroke. ATP binding to the microtubule-bound kinesin favors neck-linker docking. This biases the attachment of kinesin's second head in the direction of the movement, thus initiating each of the steps taken.