分子內(nèi)分子伴侶對蛋白質(zhì)折疊的研究

王遠锏

摘? 要：分子內(nèi)分子伴侶（IMC）是在蛋白前體肽鏈中具有分子伴侶功能的氨基酸序列，其正常的功能執(zhí)行可以幫助蛋白質(zhì)折疊成可執(zhí)行自身正常功能的非最穩(wěn)定狀態(tài)構(gòu)象，包括在多種生物中大量存在的位于N端的IMC與主要存在于真核生物中位于C端的IMC兩種，分別負責輔助蛋白質(zhì)亞基正確折疊與多個亞基組裝成完整蛋白。研究IMC自身的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)對蛋白質(zhì)折疊作用，對確定執(zhí)行相應(yīng)功能的氨基酸殘基、不同IMC作用機制與拓展傳統(tǒng)的體外蛋白質(zhì)生產(chǎn)技術(shù)均有很大意義。

關(guān)鍵詞：分子內(nèi)分子伴侶? 蛋白質(zhì)折疊? 研究意義

中圖分類號：Q71 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）08（b）-0249-02

1? 分子內(nèi)分子伴侶的介紹

分子內(nèi)分子伴侶是一類輔助蛋白質(zhì)折疊、伴隨蛋白質(zhì)一同表達的特殊肽段，這并在蛋白質(zhì)折疊完成后被降解。分子內(nèi)分子伴侶協(xié)助的蛋白質(zhì)折疊形成的構(gòu)象處于一種非最穩(wěn)定狀態(tài)。這種自帶分子內(nèi)分子伴侶的蛋白質(zhì)多肽鏈包括分子內(nèi)伴侶區(qū)段與折疊形成功能蛋白的成熟肽段。前者一般位于多肽鏈的N端或C端，引導(dǎo)成熟肽段折疊成可執(zhí)行自身功能的構(gòu)象，而后自身被降解。分子內(nèi)分子伴侶自身結(jié)構(gòu)的變化對成熟肽的正常結(jié)構(gòu)形成與正確生理功能表達均有影響，由于蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)錯誤，且分子內(nèi)蛋白伴侶在完成其功能之后就被降解，無法通過一般手段尋找蛋白質(zhì)生理功能無法正常表達的原因。

2? 分子內(nèi)分子伴侶的種類

分子內(nèi)分子伴侶包括兩類，即位于肽鏈N端的分子內(nèi)分子伴侶與位于肽鏈C端分子內(nèi)分子伴侶。

位于肽鏈N端分子內(nèi)分子伴侶在許多生物體中幫助蛋白的成熟肽區(qū)段獲得自身功能正確執(zhí)行的高級構(gòu)像，僅對于單體蛋白發(fā)揮作用?？莶菅挎邨U菌中有很多蛋白前體利用此手段進行正確構(gòu)象的折疊?？莶菅挎邨U菌納豆激酶是一種具有溶解血栓能力的生物藥物，根據(jù)Yan Jia[1]等的研究，這種蛋白的正確折疊需要第一類分子內(nèi)分子伴侶的輔助，在該分子伴侶中存在Trp106與Gly102、Tyr104和Ser105，這4種氨基酸殘基輔助IMC結(jié)構(gòu)域的Ala74、His72和Asp71形成氫鍵，進一步輔助枯草芽孢桿菌納豆激酶正確折疊，以執(zhí)行正確功能，當Trp106被替換之后，兩個氫鍵無法形成，造成納豆激酶由于構(gòu)象異常而對底物親和力下降。在產(chǎn)孢梭菌S40中存在一種與孢子萌發(fā)相關(guān)的孢子皮層裂解酶，這種酶可以降解孢子的特異性肽聚糖從而輔助孢子萌發(fā)，根據(jù)S. Okamura[2]的研究，其N端的分子內(nèi)分子伴侶對其正確折疊與功能執(zhí)行也發(fā)揮著作用。與前體蛋白具有同源性的分子伴侶在與前體蛋白共價結(jié)合后提高了前體蛋白的熱穩(wěn)定性，同時賦予前體蛋白可以被GSP激活的能力，使前體蛋白C35轉(zhuǎn)化為活性的C31。在外陰弧菌種存在一種蛋白酶V. vulnificus protease （VVP），成熟的VVP包括兩個結(jié)構(gòu)域組成，一個是具有蛋白水解活性的N端核心結(jié)構(gòu)域，另一個是C端結(jié)構(gòu)域介導(dǎo)與蛋白質(zhì)底物的結(jié)合，其N端有一個前肽，分子量為45kDa，含413個氨基酸殘基，根據(jù)Tomoka Kawase[3]等人的研究，這個前肽一個可能作為分子內(nèi)蛋白伴侶促進N端和C端區(qū)的正確折疊。

位于肽鏈C端分子內(nèi)分子伴侶主要存在于真核生物中，主要負責幫助無功能蛋白亞基組裝形成有功能的多聚體蛋白質(zhì)，數(shù)量相對較少。兔肌肉肌酸激酶（RMCK）使維持兔肌肉中高水平ATP的關(guān)鍵酶之一，該酶的C端有一個含有約250個殘基的片段，Zhe Chen[4]的研究中，將這個片段分離出來并在大腸桿菌中進行表達，發(fā)現(xiàn)該片段具有分子伴侶的活性并相互聚集實現(xiàn)RMCK的組裝。

3? 分子內(nèi)分子伴侶的研究意義

分子內(nèi)分子伴侶的研究意義包括以下幾個方面：根據(jù)已有文獻，分子內(nèi)分子伴侶對各自成熟肽協(xié)助作用的分子機制存在著差異。根據(jù)Jia Y[5，6]的研究，在枯草芽孢桿菌中存在兩種subtilisin家族蛋白：subtilisin E與NK，兩者的分子內(nèi)分子伴侶均位于N端，且高度保守，均包含一個Ile30殘基且對于二者的折疊有不同的影響，因此，研究同一家族分子內(nèi)分子伴侶對不同蛋白質(zhì)的折疊作用與分子機制，確定上引導(dǎo)蛋白前體折疊成熟的氨基酸殘基類型，均具有很重要的理論意義。

分子內(nèi)分子伴侶對于體外蛋白質(zhì)合成也具有重要意義，目前在使用重組細菌生產(chǎn)的蛋白質(zhì)由于缺少正確的折疊構(gòu)象導(dǎo)致沒有正常的生理活性。在Yan Jia的研究中就使用了含有分子內(nèi)分子伴侶的編碼序列的表達納豆激酶的pET-26b（+）重組質(zhì)粒導(dǎo)入大腸桿菌中，表達出了正確折疊的納豆激酶，在編碼蛋白的基因片段前連接分子內(nèi)分子伴侶的編碼序列，可以使重組細菌表達出正常折疊的蛋白，且分子內(nèi)分子伴侶在完成自身功能后發(fā)生降解，不會影響蛋白本身功能與性質(zhì)，提高重組細菌在蛋白生產(chǎn)上的應(yīng)用。

參考文獻

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[2] Okamura S，Urakami K，Kimata M，et al. The N-terminal prepeptide is required for the production of spore cortex-lytic enzyme from its inactive precursor during germination of Clostridium perfringens S40 spores[J].Molecular Microbiology，2000，37（4）：821-827.

[3] Tomoka Kawase，F(xiàn)umi Miura，Anusuya Debnath，et al. Functional analysis of N-terminal propeptide in the precursor of Vibrio vulnificus metalloprotease by using cell-free translational system[J]. Protein Expression and Purification，2018（149）：13-16.

[4] Zhe Chen，Xiang-Jun Chen，Mengdie Xia，et al. Chaperone-Like Effect of the Linker on the Isolated C-Terminal Domain of Rabbit Muscle Creatine Kinase[J]. Biophysical Journal，2012，103（3）：558-566.

[5] Jia Y， Liu H， Zou G， et al. Functional analysis of propeptide as an intramolecular chaperone for in vivo folding of subtilisin nattokinase[J].FEBS Letters，2010， 584（23）：4789-4796.

[6] Jia Y， Cao X， Zou G， et al. Four residues of propeptide are essential for precursor folding of nattokinase[J].Acta Biochimica et Biophysica Sinica，2014，46（11）：957-964.