上海生科院PI最新Nature子刊發表分子伴侶新機制

　　生物通報道：中科院上海生科院生化與細胞所的叢堯研究組利用高分辨率冷凍電鏡技術，報道了兩種狀態下的多聚體分子伴侶素TRiC冷凍電鏡結構，揭示了TRiC的一個階段性ATP結合機制，為了解TRiC 核苷酸循環如何與其自身折疊狀態準備之間相互協調提出了新的觀點。

　　這一研究成果公布在10月24日的Nature Structural & Molecular Biology雜志上，文章的通訊作者是中科院上海生科院生化與細胞所的叢堯研究員，叢堯研究員2013年入選獲中科院“百人計劃”和國家基金委“優秀青年”基金資助。研究方向主要為分子伴侶協助下蛋白質折疊與解聚的結構生物學。

　　分子伴侶(chaperone)是一類可以協助細胞中蛋白質正確折疊的分子機器，其中真核細胞中雙環背對背堆疊的多聚體分子伴侶素(chaperonin) TRiC（TCP-1 ring complex）是最為復雜的分子伴侶，也可以稱為CCT (chaperonin containing TCP-1)。TRiC可以幫助5-10%胞質蛋白的折疊，包括許多重要的結構和調節蛋白。然而，由于其結構的復雜性導致對此重要分子機器的結構知之甚少。

　　在這項研究中，叢堯研究組報道了兩個釀酒酵母中 TRiC 的冷凍電鏡結構，分別為最新識別的部分預加載核苷酸（NPP）狀態（分辨率4.7-?），以及ATP綁定狀態（分辨率4.6-?）。

　　研究人員通過內部亞基 eGFP 標記，發現了開放狀態下TRiC的亞基位置，和CCT2亞基對形成的一個出乎意料的Z形結構。ATP結合綁定會導致CCT2端出現一個巨大的構象變化，這表明CCT2在TRiC變構協同中發揮了至關重要的作用。

　　這項研究提出的結構和生化數據揭示了TRiC的一個階段性ATP結合機制：首先會預加載核苷酸到NPP-TRiC 的CCT6端，這證明了TRiC 已經進化成為了一種結構上分為兩端的復合物。這項研究也為了解TRiC 核苷酸循環如何與其自身折疊狀態準備之間相互協調提出了新的觀點。

　　（生物通：張迪）

　　作者簡介：

　　叢堯

　　研究員，研究組長，博士生導師

　　個人簡介：

　　1995年7月遼寧師范大學獲學士學位；2000年7月吉林大學獲博士學位。2000年9月至2001年10月，在中科院大連化學物理研究所從事博士后研究工作。2001年11月至2005年5月，先后在美國Scripps研究所及德州大學休斯頓健康信息中心的Willy Wriggers研究組任博士后。其中2004年1月至2005年12月獲美國W. M. Keck 基金會Postdoctoral Fellowship資助。2005年6月至2011年7月，美國Baylor College of Medicine，先后任Research Associate, Instructor。2011年7月起，任中科院上海生科院生化與細胞所研究員、博士生導師。獲中科院“百人計劃”（2013年）和國家基金委“優秀青年”（2013年）基金資助。

　　研究方向：分子伴侶協助下蛋白質折疊與解聚的結構生物學

　　研究工作：

　　研究組致力于解析分子伴侶協助下的蛋白質折疊與解聚的機理。主要實驗手段包括超低溫冷凍電鏡(cryo-EM)單顆粒重組以及低溫電子斷層掃描技術(cryo-Electron Tomography)，并結合生物信息學和分子柔性裝配等計算工具。

　　蛋白質折疊中的缺陷通常伴隨著許多人類疾病，包括癌癥及蛋白聚集引起的神經退行性疾病，如帕金森氏綜合癥和亨廷頓舞蹈病等。分子伴侶(chaperone)是一類可以協助細胞中蛋白質正確折疊的分子機器，其中真核細胞中雙環背對背堆疊的多聚體分子伴侶素(chaperonin)TRiC/CCT是最為復雜的分子伴侶。它可以幫助~5-10%胞質蛋白的折疊，包括許多重要的結構和調節蛋白。然而，由于其結構的復雜性導致對此重要分子機器的結構知之甚少。我們的研究興趣在于解析分子伴侶如TRiC是如何識別并結合它的底物，三磷酸腺苷(ATP)觸發下其構象變化與底物蛋白正確折疊之間的相互關系。長期著眼，我們會進一步研究重要分子伴侶極其cochaperone之間如何相互作用來共同協助底物蛋白質的折疊與解聚。

　　我們的另外一個研究方向是二維圖像對位(image alignment)方法及分子柔性裝配(flexible fitting)工具的發展及其在cryo－EM數據處理中的應用。我們發展了創新性的二維快速轉動匹配方法，簡稱FRM2D。該方法不僅計算精度高于傳統方法并且極大縮減了計算時間。此方法已成功應用于十余個中、高分辨率大分子復合物結構的三維重組過程中。此外，FRM2D方法已被嵌入冷凍電鏡領域三大應用最廣泛的單顆粒重組軟件包之一EMAN之中，供其在世界范圍內的用戶免費使用。