拟南芥的Deg蛋白酶结构与功能研究

Deg家族蛋白酶是一类不依赖ATP的丝氨酸内切酶，在生物体的应激反应和蛋白质量控制中发挥着重要作用。叶绿体中的Deg蛋白酶通过降解光反应中心受损伤的D1蛋白，参与对光系统II的修复过程。在拟南芥基因组编码的16种Deg蛋白酶中，Deg1、Deg2、Deg5、Deg7和Deg8位于叶绿体中，其中Deg1、Deg5和Deg8分布在类囊体膜的腔侧，Deg2和Deg7分布在基质侧。目前对植物中的Deg蛋白酶的认识仍然缺乏分子水平上的描述，对其蛋白水解活性和分子伴侣活性的调控方式和底物特异性还知之甚少。本课题将应用结构生物学和生物化学的方法，研究叶绿体中Deg蛋白酶识别和降解光反应中心的受损蛋白的分子机制，以及Deg蛋白的活性调节机制。对这一过程的结构和功能研究将有助于我们更好的理解理解光合作用中的光抑制机理，为探索光合作用高效光能转换机理这一核心科学问题提供重要的线索。

叶绿体内的Deg蛋白酶参与了类囊体膜上的光系统的质量控制，包括光损伤时的修复和光系统的组装。拟南芥基因组有16个Deg蛋白酶（Deg1‒Deg16），其中五个定位于叶绿体中，分别是位于类囊体腔内的Deg1、Deg5、Deg8，和位于基质侧的Deg2和Deg7。在本项目执行期的前一年，Deg1的结构和催化模型就已经被报道。项目组于执行期的第一年报道了2.8埃分辨率的Deg2的结构，并鉴定了Deg2的分子伴侣活性。Deg2的六聚体是非活性形态，与Deg1六聚体的活性状态不同。进一步的分析表明，Deg2的第二个PDZ结构域含有一段内源PDZ配体序列，该序列在另外五个Deg蛋白酶（Deg3、Deg9至Deg12）中是保守存在的。项目组随后报道了2.6埃分辨率的Deg5和2.0埃分辨率的Deg8的结构，并发现Deg5结合钙离子，Deg8具有不同于Deg1的激活机制。Deg7是拟南芥16个Deg蛋白酶中最复杂的一个，其重组蛋白处于高聚状态而不能进行结晶。项目组还开展了Deg1的同源蛋白、源自集胞藻的Deg蛋白酶HhoA的研究，获得了2.6埃分辨率的结构。此外，项目组开展了拟南芥中与质量控制相关的VSP1和HXK1的结构生物学研究。