Nature|碧云天产品助力sGC作用机制研究

可溶性鸟苷酸(Soluble guanylate cyclase, sGC),是由一个α亚基和一个β亚基组成的异二聚体蛋白复合物。是一氧化氮(NO)的主要受体,其在调节NO信号通路中扮演重要作用,参与多种基础的生理过程和疾病状况。sGC与NO的结合会导致sGC酶活性显著增强,然而这一过程所涉及的具体机制仍尚未完全阐明。

2019年9月12日,《Nature》杂志在线发表了北京大学分子医学研究所陈雷课题组的最新研究成果“Structural insights into the mechanism of human soluble guanylate cyclase”。该研究首次展示了人源sGC在无活力状态及一氧化氮激活状态下的高分辨冷冻电镜结构,解析了sGC的工作机制。

研究者们利用单颗粒冷冻电镜技术对sGC无配体结合状态、血红素铁处于氧化(无活力)状态、一氧化氮激活状态以及H105C组成型激活突变体等不同状态下的冷冻样品进行了分析,成功获得了上述四种样品分别在4Å,3.9Å,3.8Å及6.8Å分辨率的电子密度,并根据Multibody修正后的电子密度及同源蛋白结构搭建了其原子模型,分析结果显示sGC结构主要包括N端的H-NOX结构域、PAS结构域、CC结构域以及C端起催化作用的结构域。研究结果不仅揭示了sGC蛋白结构域-结构域之间的相互作用,同时还解析了sGC受到NO刺激后发挥作用的具体工作机制

通过对不同状态下sGC结构进行分析,研究者们发现在激活和非激活状态下,sGC蛋白中PAS二聚体的构象都未曾改变,因此研究者们以PAS二聚体亚基作为参考,对两种状态下的sGC蛋白结构进行了比较。 在激活状态下,β1 H-NOX构象会发生改变,从而使得sGC感受器结构域构象发生变化,而感受器结构的改变又会导致传感器构象发生bending-strightening变化。通过脯氨酸突变阻碍传感器 straightening 变化会抑制sGC的激活。因此研究者们推测,β1 H-NOX和传感器结构域构象变化对于sGC酶活性激活具有重要作用

在本研究中,实验者们选用了半胱氨酸交联试验验证sGC蛋白结构域-结构域之间的相互作用,实验对α亚基和β亚基结构域中不同位点的半胱氨酸进行突变,分别表达纯化后两两交联,然后利用碧云天4%-15%的预制胶产品进行非还原性和还原性蛋白电泳。非还原性条件下,两个结构域之间二硫键未被打开,蛋白分子量大,电泳速度偏慢。变性条件下,二硫键被打开,蛋白电泳速度快,条带位置发生改变。由此可以鉴定蛋白样品之间是否发生了二硫键交联。

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