酵母Pex3结合伴侣竞争调控过氧化物酶体生物学机制的结构与功能研究

这篇研究揭示了酵母Hansenula polymorpha中过氧化物酶体膜蛋白Pex3通过共享结合位点协调不同生物学过程的关键机制。通过晶体结构解析和AlphaFold2预测，证实Pex19（PMP受体）、Atg30（pexophagy）和Inp1（inheritance）竞争性结合Pex3的相同疏水腔，其过表达水平直接影响过氧化物酶体的增殖、保留和自噬过程，为细胞器动态平衡调控提供了结构基础。

　　

Abstract

过氧化物酶体作为膜结合细胞器，参与多种代谢过程。研究发现酵母Hansenula polymorpha中过氧化物酶体膜蛋白Pex3通过特异性招募不同结合伴侣调控关键生物学功能：Pex19介导新合成PMPs的膜插入，Atg30参与选择性降解（pexophagy），Inp1调控母细胞过氧化物酶体保留。过表达实验显示三者存在竞争性结合，其作用强度取决于表达水平。

结构解析揭示保守结合机制

通过2.6?分辨率晶体结构解析，首次获得酵母Pex3 C端结构域与Pex19肽段复合物结构。该结构与人类同源复合物高度相似（RMSD 1.8?），均含特征性LxxLL亮氨酸三连体和苯丙氨酸组成的疏水结合腔。值得注意的是，酵母特有区域Pex3(324-342)在人类结构中缺失，AlphaFold2预测该区域可能形成Atg30次级结合位点。

竞争结合的生物学效应

荧光显微定量分析发现：

1. 1.

   增殖调控：Pex19过表达使甲醇诱导条件下过氧化物酶体数量增加1.5倍（P=0.0073），但单个过氧化物酶体体积减小，总容积不变；

2. 2.

   母细胞保留：Inp1过表达导致90%过氧化物酶体滞留母细胞，而Atg30过表达使40%过氧化物酶体出现不对称分配；

3. 3.

   pexophagy抑制：Pex19过表达显著降低葡萄糖诱导的过氧化物酶体降解效率（总容积增加3倍）。

AlphaFold2预测的多重结合模式

对全长蛋白的预测显示：

• •

  主要结合位点：三者共享Pex3疏水腔，但Atg30和Inp1缺乏保守亮氨酸三连体

• •

  次级相互作用：酵母特有区域与Atg30(333-342)存在高置信度接触（pLDDT>90）

• •

  动态调节：Pex19αd螺旋可能同时结合Pex3(57-74)区域，形成双位点锚定

讨论与模型

研究提出"表达水平依赖性竞争"模型：Pex19因最高表达量（Western blot显示其水平>Inp1>Atg30）在竞争中占优，这解释了为何其过表达最显著影响pexophagy。结构数据表明，Inp1可能通过更强亲和力维持母细胞锚定，而Atg30的次级结合位点可能作为"待机位点"快速响应环境变化。该发现为理解真核细胞中多功能支架蛋白如何协调冲突性生物学过程提供了范式。