非典型肌球蛋白V调节机理的研究

肌球蛋白是真核细胞内的一类重要分子马达，它可以将ATP水解产生的化学能转化成机械能。非典型肌球蛋白V(unconventional myosin-V)是一种起源古老，分布广泛，功能多样的分子马达，在细胞内参与多种囊泡的转运。Myosin-V的突变与多种遗传疾病有关。本研究的主要目的是阐明Myosin-V活力调节的分子机理。在前期工作的基础上，我们提出了"刹车机制"用以解释Myosin-V的运动活力被其尾部结构域抑制的机制，本项目将通过实验验证这一假设。此外，我们还将阐明钙离子，载体蛋白，以及磷酸化调节Myosin-V活力的分子机制。这一研究对于对深入理解Myosin-V在细胞中的功能有指导意义，同时对研究其他非典型肌球蛋白的结构功能与调节也有着重要的理论意义。

第五类非典型肌球蛋白(Myo5)是一种起源古老，在真核生物中分布广泛的肌球蛋白。目前研究最为深入的Myo5是脊椎动物Myo5a。Myo5a由马达头部，颈部，及尾部组成，具有持续运动能力的分子马达，参与多种囊泡的转运。一个重要问题是Myo5a的马达运动活性是如何调节的。我们先前提出了“尾部抑制模型”解释Myo5a的调节，目前已被广泛接受。但该模型的分子机理还有待确立。.本项目主要研究是阐明Myo5a 活力调节的分子机制。主要研究成果包括以下三部分。1）我们确立了钙离子（Ca2+）激活Myo5a的分子机制。通过比较一系列尾部截断的Myo5a突变体的马达活性及其调节特性，我们发现Ca2+对Myo5a活性的调节是通过与第一个IQ motif (IQ1) 结合的钙调蛋白来实现的。IQ1参与Ca2+调节的基础是其特殊的氨基酸残基顺序，该序列影响钙调蛋白的C端结构域的构象，进而调节Myo5a尾部与头部的结合。2）我们提出货物蛋白通过别构机制激活Myo5a的马达活性。我们先前的研究表明Myo5a的运载蛋白Mlph可以直接激活Myo5a的活性。我们进一步研究发现Mlph中的一段26个氨基酸残基序列Mlph-GTBDP具有激活Myo5a马达活性的能力，同时Mlph-GTBDP可以促进Myo5a从14S折叠状态变为11S伸展状态。这一结果直接支持了myosin-V活性调节的尾部抑制假说，即运载蛋白与myosin-V尾部的结合抑制了头尾相互作用，进而激活了马达头部活性。通过突变实验，我们发现GTD是通过不同的区域与Mlph-GTBDP和马达头部结合的。由于上述两个区域的距离较远，Mlph-GTBDP不可能同时结合两个区域。据此，我们提出Mlph-GTBDP是通过别构效应抑制了GTD与马达头部的结合。3）我们阐明了Myo5通过两种不同的机制参与光响应的果蝇复眼瞳孔反应和视紫红质平衡。在果蝇复眼中Myo5同时参与瞳孔反应和视紫红质平衡。果蝇瞳孔反应是通过Myo5对色素颗粒的转运实现的，我们发现光刺激引起的Ca2+升高可以直接激活Myo5的这个活性，使色素颗粒转运对光照产生快速响应。而在维持视紫红质平衡中，光信号是通过Ca2+-Crag-dRab11信号通路激活Myo5转运视紫红质囊泡的活性，这样可以保证视紫红质囊泡能够被持续转运。.上述研究成果对于对深入理解Myo5a在细胞中的功能有指导意义，