ACT结构域的调控机制及潜在农药靶标研究

ACT domain, as a widespread protein motif that often interacts with different aminoacids, plays critical roles in the control of metabolism, solute transport, and signal transduction. The facts that low sequence similarity with conserved 3D structures in different proteins made us wonder if ACT domain can regulate different proteins' function similarly with broad spectrum. Our previous results showed that the regulatory subunit of acetohydroxyacid synthase(AHAS) and its truncated peptides (a full ACT domain) can heterologously activate the catalytic subunit of AHAS from different species. The ACT domains from E. coli 3-PGDH and Rat PAH can also activate the catalytic subunit of AHAS. These results may suggest that ACT domain may generate a common interaction/regulation pattern among different ACT domain-containing proteins. This interface domain could be a potential pesticide target with broad spectrum. Here we will study the regulatory role of ACT domain among different ACT-containing proteins, especially those proteins showing potential to be pesticide target.

ACT结构域为广泛存在的蛋白结构单元（motif），常与小分子结合来调控代谢控制、溶质转运和信号转导中的蛋白功能。其序列不保守、结构相似、所在蛋白功能多样化的现象，引发联想：ACT结构域在各种蛋白中的调控机制是否存在共性。我们的前期研究显示：乙酰羟酸合成酶（AHAS）调控亚基以及最小调控肽（完整ACT结构域）具备跨种属异源激活AHAS催化亚基的能力。不同种属的其他功能蛋白（例如，大肠杆菌磷酸甘油酸脱氢酶、大鼠苯丙氨酸羟化酶）的ACT结构域也能激活AHAS催化亚基1-3倍。我们设想：ACT 结构域对各种含ACT结构域的功能蛋白及其互作蛋白可能具有共性调控作用，这种潜在共性调控区域可构成潜在农药作用靶标。本项目中，我们将对多种ACT结构域的调控功能进行化学生物学研究，探讨不同ACT结构域对多种功能蛋白的调控以及小分子对ACT结构域调控功能的影响，为发展潜在农药靶标以及农药先导提供参考。

ACT结构域是一个包含70～90个氨基酸的蛋白结构单元（motif），它通常与小分子特异性结合来调控蛋白的功能。我们课题组研究工作发现：单个完整的ACT 结构域是重要农药作用靶标—AHAS最小调控亚基，该AHAS最小调控亚基具备跨种属异源激活AHAS催化亚基的能力，暗示了潜在的ACT 结构域的多物种广谱进化调控网络的存在。本项目中，我们对ACT结构域的多物种跨网络调控功能进行了化学生物学研究，探讨了不同种属ACT结构域对功能蛋白的调控功能，ACT结构域与小分子结合对功能蛋白的影响规律。研究发现不同种属ACT结构域对AHAS、ATP-PRT等功能蛋白具有同源、异源激活催化亚基或催化结构域的作用，这表明ACT结构域的调控功能具有共性及广谱性。通过结构生物学及生物信息学分析，我们认为ACT结构域的调控功能具有共性在于其具有相似的三维结构及对应的电性残基的存在。我们通过实验验证及静电势分析推测界面作用力主要是静电作用力。我们考察了小分子（如氨基酸）对AHAS以及ATP-PRT重组酶的反馈抑制作用以及调控功能蛋白活性，更加确定ACT 结构域的多物种广谱进化调控网络的存在。本项目的研究成果对发展广谱性潜在农药靶标以及农药小分子具有重要意义。