课题基金 / 基金详情

微管去谷氨酰化酶CCP5的结构和功能研究

批准号:
32100986
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
汪娜
依托单位:
学科分类:
结构生物学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
汪娜

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
多聚谷氨酰化是一种广泛存在的微管蛋白翻译后修饰,能够调节微管与效应蛋白的结合,进而调控微管的功能。谷氨酰化修饰水平受到谷氨酰化酶和去谷氨酰化酶的共同调节,去谷氨酰化酶家族中只有CCP5可以特异性水解分支点γ连接的谷氨酸。研究发现CCP5与神经退行性病变、男性不育以及纤毛病等疾病的发生相关。但是相关的分子机制目前还不清楚。申请人前期已经进行了大量微管翻译后修饰相关蛋白的结构生物学研究。本项目拟结合结构生物学、生化和细胞生物学等综合研究CCP5对微管谷氨酰化水平及微管功能的调控机制,以及抑制剂调控CCP5活性的分子机制。首先获取CCP5及其与小分子抑制剂的复合物的高分辨率的晶体结构,然后在生化和细胞层面进行突变研究,建立CCP5活性的精确调控模型,揭示其水解分支点谷氨酸的分子机制。结合复合物结构分析和筛选,为抑制剂的优化指明方向,为CCP5的生物学功能及靶向CCP5的药物的研究提供结构基础。
英文摘要
Glutamylation is a widespread tubulin posttranslational modification enriched on stable microtubules of neuronal axons, mitotic spindles, centrioles, cilia and basal body. Essential effector proteins can read the tubulin glutamylation pattern to fine-tune the function of microtubule. Glutamylation levels in cells are regulated through the opposing actions of both TTLL (tubulin tyrosine ligase like family) and CCPs (cytosolic carboxypeptidases family). CCPs are deglutamylase enzyme involved in the removal of the polyglutamylation from tubulin reverse the function of TTLL family. CCPs consists of six members CCP1 to CCP6. However, only CCP5 can efficiently hydrolyze the branching γ-carboxyl–linked glutamate to finish the final step of removal of the polyglutamylation. Loss of CCP5 leads to dysregulation of tubulin glutamylation, which associates with neurodegeneration, male infertility, and ciliopathy. However, the molecular mechanism of CCP5's recognition and hydrolysis of branching point glutamate remains enigmatic. Thus, the dissection of the molecular mechanisms and a comprehensive understanding of the biological functions of tubulin deglutamylation by CCP5 will be important and of high interest..In this research, we will use structural biology-based methods to uncover the molecular mechanisms for the tubulin deglutamylation by CCP5. The soluble CCP5 has already been purified. Subsequent experiments are ongoing. This research is critical for understanding the biological functions of CCP5, which also provides the molecular basis for therapy against related diseases.
微管是细胞骨架的重要组成部分,其功能受到多种翻译后修饰的调控,其中多聚谷氨酰化修饰在细胞分裂、纤毛运动、神经退行性病变等生理和病理过程中发挥关键作用。CCP5作为主要的去谷氨酰化酶,能够特异性地去除微管蛋白C端分支点的谷氨酸,其功能异常与男性不育、纤毛病及神经退行性疾病密切相关。然而,CCP5的结构基础和作用机制尚不清楚,限制了相关疾病的研究和治疗。本项目围绕人源微管蛋白去谷氨酰化修饰酶CCP5的结构与功能展开研究,旨在揭示其特异性识别和水解分支点谷氨酸的分子机制,并探索小分子抑制剂对其活性的调控机制。本项目构建了多个人源CCP5的截断体并测试了多种表达载体和表达系统,最终获得少量的人源CCP5蛋白,由于获得的蛋白不足以进行蛋白质的结晶实验,因此我们后期尝试了冷冻电镜的方法来进行结构的解析,目前在优化冷冻样品的制样条件。为保证项目的顺利进行我们还克隆了其他物种的CCP5同源蛋白,基于前期的实验经验我们经过大量的测试成功获得了来源于军团菌的CCP5同源蛋白lb-CCP,然后我们通过改变蛋白质缓冲液成分,改变晶体普筛条件,改变晶体筛选方法等多种方法目前获得了lb-CCP的晶体,但是由于晶体较小,分辨率低,目前尚未获得lb-CCP的精细的结构信息,后续我们计划通过添加配体,添加晶体添加剂等方法进行晶体的优化。在研究CCP5的结构与功能的同时我们也对一些致病菌的蛋白质进行了结构与功能的研究。我们成功解析了嗜肺军团菌蛋白的同型半胱氨酸水解酶Lpg2021以及转氨酶Lpg0070的单体以及与配体和配体类似物的高分辨率的晶体结构,然后结合等温量热滴定实验、酶活分析以及虚拟筛选等进一步研究蛋白质的特异性识别底物的分子机制。另外还有还对鲍曼不动杆菌转录因子AmvR进行了结构与功能研究,解析了其与天然底物的复合物结构,结合等温量热实验、凝胶迁移实验验和荧光报告实验等揭示了多胺分子通过结合AmvR从而调控多药耐药外排泵蛋白AmvA的转录,从而维持细胞内多胺分子稳态的分子机制。
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