生物化学Lon蛋白酶的冷冻电镜结构剖

导读：

Lon蛋白酶是一类普遍存在的调节细胞活性的酶，负责降解错误折叠或寿命短的蛋白质，且需要ATP帮助发挥作用。天然蛋白酶体的构象存在大量亚稳定态，复杂异常，目前Lon蛋白酶的全长结构尚未明确，新颖的冷冻电镜技术能够帮助获取它的结构数据吗？

现有研究表明，蛋白酶体堪称复杂的分子机器，天然蛋白酶体的构象存在大量的亚稳定态[1]。尽管目前Lon蛋白酶各种片段的晶体结构得到了测定，但Lon蛋白酶的全长结构尚未有明确的研究结果。

而电子显微镜分析无需对靶蛋白进行结晶化处理，就可以获取其结构数据，目前已被成功应用于Lon蛋白酶的研究。

在发表于Elsevier旗下期刊CurrentResearchinStructuralBiology的《Cryo-EMstructureofsubstrate-freeE.coliLonproteaseprovidesinsightsintothedynamicsofLonmachinery（无基底大肠杆菌Lon蛋白酶的冷冻电镜结构为Lon机制的动态机制研究提供新思路）》一文中，作者采用冷冻电镜（cryo-EM）技术，以3.5?分辨率对大肠杆菌LonA蛋白酶突变株SA的结构进行了测定。

为了在无基底情况下测定全长大肠杆菌LonA蛋白酶的结构，作者首先对酶的蛋白水解失活SA突变体进行了负染色处理。随后还测定了Lon结构的冷冻电镜结构，该Lon结构只与Mg2+离子结合，没有显式添加核苷酸。作者将检测的Lon结构与同时存在ATP和ADP核苷酸的鼠疫杆菌LonA蛋白酶基底复合物结构进行了比较。

没有绑定基体的大肠杆菌LonA蛋白酶，采用的是六聚体开放螺旋四级结构，这种结构可能代表酶的静息状态。在与基底的相互作用下，开放螺旋六聚体经历了一个重要的构象变化，形成了紧密的、闭合的环状六聚体，这种结构类似于Shin等人最近发表的研究报告中提出的鼠疫杆菌LonA蛋白酶与蛋白质基底复合物的结构。

该结构的重大构象变化，是通过在域间链接结构铰接点周围的复合体原体中各个域的刚体重排实现的。比较无基底和有基底结合的Lon结构，可以标记参与这种构象变化的假定关键点的位置。

该结构的重大构象变化，是通过在域间链接结构铰接点周围的复合体原体中各个域的刚体重排实现的。比较无基底和有基底结合的Lon结构，可以标记参与这种构象变化的假定关键点的位置。

总的来说，本文测定的无基底大肠杆菌LonA蛋白酶突变株SA的结构代表了六聚体复合物的静息状态，它可以随时抓取一个基底。

本文的结果对于研究Lon蛋白酶一类高度动态生物机制的机能关键所在具有参考价值。

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本文摘自Elsevier旗下期刊

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