酵母V型肌球蛋白转运机制的结构生物学研究

Class V myosins (MyoV) recognize numerous cargos mainly via the motor’s globular tail domain (GTD). Myo2p, one of the Class V myosins in yeast S. cerevisiae, possesses the ability to transport a broad range of organelles, such as the vacuole, peroxisomes and secretory vesicles. But little is known about how Myo2p-GTD recognizes such a diverse array of cargos specifically in molecular level. Here, we plan to solve the crystal structures of Myo2p-GTD in complex with two distinct cargos, a cargo adaptor protein for mitochondria Mmr1 and the vacuole-specific adaptor protein Vac17, to fully understand the cargo-binding surface interactions. The structural and biochemical analysis will explain how Myo2p-GTD identify a variety of cargos, which could provide a model for future functional studies of class V myosins with other cargos, and would be theoretical basis to the related disease mutations located in the GTD region of human MyoV.

作为细胞中主要的靶向转运蛋白，V型肌球蛋白（MyoV）主要通过C端结构域（globular tail domain, GTD）识别众多细胞器等；酵母Myo2p是一类典型的V型肌球蛋白，具有广泛的细胞器转运能力，参与液泡、过氧化物酶体和分泌囊泡等细胞器的运输。了解MyoV特别是Myo2p如何特异性识别多样化货物的分子机制对于揭示细胞内靶向物质运输机制具有重要的科学意义。本项目中，我们将着眼于研究Myo2p-GTD与两个不同货物适配蛋白（分别是线粒体转运适配蛋白Mmr1和液泡运输相关的蛋白Vac17）的识别机制，通过解析Myo2p-GTD与这两个蛋白所形成复合物的晶体结构，结合生化分析来揭示特异性识别的结构基础。探讨酵母V型肌球蛋白对不同细胞器的识别机理，为进一步研究在人体各类细胞中广泛存在的其他V型肌球蛋白与货物蛋白转运机制提供重要的参考，并为人体中V型肌球蛋白的突变的致病机理提供理论依据。

V型肌球蛋白（MyoV）主要是通过C端球状尾巴结构域（GTD）识别众多的细胞器等货物。酵母V类肌球蛋白Myo2可以转运多种细胞器。然而，对于Myo2-GTD如何能够识别这些种类繁多的货物，尤其是在分子水平上的研究与了解甚少。本项目中，我们设计Myo2p-GTD与多个不同货物适配蛋白形成复合物，并解析复合物的晶体结构（1.9 –3.1Å分辨率），主要包括：Smy1（用于分泌小泡的极化），Inp2（用于过氧化物酶体运输）和Mmr1（用于线粒体运输）。 Myo2-GTD分别结合Smy1-和Inp2-形成的复合物结构，与定点诱变实验一起，揭示了亚结构域-I中的结合位点，该结合位点具有疏水性和高柔性，从而使Myo2-GTD能够容纳不同的蛋白质序列。 Myo2-GTD结合Mmr1复合物结构确认并补充了先前确定的线粒体特异性结合区。此外，本项目中新发现的Myo2货物结合位点的构象和位置与哺乳动物MyoVA（MyoVA）报告的结合位点之间存在差异，这也表明V类肌球蛋白可能与其特定货物共同进化。我们通过结构数据分析，同时结合生化实验验证，不仅揭示了Myo2-GTD对货物进行多样识别的分子机制，而且还对将来V类肌球蛋白在货物运输中的功能研究提供了有用的结构信息。