LONP1蛋白酶底物依赖性激活机制揭示线粒体蛋白质稳态调控新范式

《Proceedings of the National Academy of Sciences》：Substrate-dependent activation of LONP1 informs on proteolytic regulation and ATPase motor function

本研究针对AAA+蛋白酶LONP1如何特异性识别底物并调控酶活性的科学问题，通过冷冻电镜技术解析了LONP1在降解天然底物过程中的酶促反应中间体结构。研究发现底物结合（而非ATP）驱动酶复合物组装，且N端结构域通过变构调节控制全酶活性，为理解AAA+蛋白酶的手递手底物转运机制提供了新视角。

　　

AAA+酶类利用ATP水解产生的能量重塑多种细胞靶标。虽然底物结合的AAA+复合物结构提示这些酶采用保守的手递手（hand-over-hand）机制将底物穿过中央孔道，但特定AAA+家族中调控马达功能与底物处理的核心机制仍待阐明。本研究通过冷冻电镜（cryo-EM）对体外生化实验中的反应中间体进行结构解析，揭示了人类线粒体AAA+蛋白酶LONP1的调控机制。结果表明：底物结合（而非核苷酸结合）驱动酶复合物组装，并通过变构方式调节蛋白酶活性。其中N端结构域在底物选择与结合的初始阶段起关键作用。更重要的是，LONP1在ATP存在下降解底物的活性结构为传统手递手转运模型提供了新见解，提示ATP水解可能不限于右旋螺旋结构的单一位置。这些发现阐明了LONP1通过底物依赖性激活机制调控线粒体蛋白质稳态（mitochondrial proteostasis）的分子基础，对理解AAA+蛋白酶的功能进化具有重要意义。