痉挛蛋白spastin切割微管的分子机理研究

痉挛蛋白spastin是一个AAA蛋白，有切割微管的活性，编码该蛋白的基因突变会导致遗传性痉挛性截瘫（HSP）的发生。但spastin切割微管的分子机理还很不清楚。本课题将以人源spastin蛋白为研究对象，利用生物化学和生物物理技术方法，在明确该蛋白中有微管切割活性和微管结合活性的结构域的基础上，研究spastin蛋白与微管的相互作用方式，spastin的ATPase活性与微管切割活性之间的相互关联与调节等，希望能在一定程度上理解spastin切割微管的分子机理，为更深入的研究奠定基础，并为理解遗传性痉挛性截瘫的发病机理提供理论基础。

Spastin是一个能切割微管的AAA蛋白，编码该蛋白的基因突变会导致遗传性痉挛性截瘫。但是spastin切割微管的机理还没有被明确阐明。本项目对spastin蛋白的生化性质，结构以及切割微管的活性进行了系统的研究。首先，发现spastin水解ATP的过程是与它结合微管的性质相关联的。在结合ATP状态下，spastin与微管的亲和力最强，而结合微管后，又进一步增强了spastin与ATP的结合，同时还促进了spastin的寡聚化。这些结果说明spastin在切割微管的过程中会经历依赖于核苷酸的寡聚化和解离成单体的过程。其次，还解析了其AAA结构域的晶体结构，并对其分子间相互作用面上的关键氨基酸进行了突变研究，发现能影响spastin分子之间相互作用的突变，也能显著影响蛋白的ATPase活性，说明spastin蛋白水解ATP时是需要两个分子之间的相互结合。.另外，针对spastin蛋白中直接与微管结合的MTBD结构域，发现它在spastin蛋白中是无固定结构的，单独的MTBD就能与微管和微管蛋白通过静电相互作用结合。最后，用电子显微镜技术观察了spastin切割微管的效果，发现spastin能在微管上形成一些缺口和粘性末端。以上这些结果说明，spastin蛋白可能是通过AAA结构域形成六聚体，通过MTBD结合到微管上，以微管中单根原纤维为作用对象，先切断单根原纤维形成缺口，多个缺口的累积才造成整根微管的断裂。这些结果基本阐明了spastin切割微管的分子机理，不仅对研究其他微管切割蛋白有重要的借鉴意义，也能帮助我们理解spastin突变的致病机理。