Myo3a和MORN4相互作用的分子机制及其功能的研究

Class III myosins and MORN motif containing protein MORN4 play critical roles in regulating the development and maintenance of stereocilia in vertebrate hair cell and rhabdomere of invertebrate photoreceptor, and defects of myosin III cause hereditary hearing impairment. Previous studies show that MORN4 can specifically bind to the longer isoform Myo3a. In Drosophila photoreceptors, MORN4 ortholog retinophilin is shown in complex with Myo3a ortholog NinaCp174 and to be responsible for stabilizing PKC and INAD complex and termination of phototransduction. However, the molecular basis governing the interaction between Myo3a (or NinaCp174) and MORN4 (or retinophilin) is still unknown. In our current study, through sequence analysis combined with FPLC and ITC, we found that a very conserved region named MBD (MORN4 binding domain) in the tail of myo3a mediates the interaction with MORN4 with an extremely tight affinity. In future, we are planning to utilize biochemical and structural methods to elucidate the molecular basis governing the interaction between Myo3a (or NinaCp174) and MORN4 (or retinophilin). Furthermore, we will explore the biological meaning of the interaction between Myo3a and MORN4 using cell biological method.

Myosin III和MORN4在脊椎动物静纤毛以及非脊椎动物感光细胞感杆的发育和结构维持中起重要作用。Myosin III的功能缺陷会导致遗传性耳聋的发生以及非脊椎动物的视觉障碍。之前的研究发现，在脊椎动物中MORN4能够特异性的结合Myo3a，在果蝇中，MORN4的直系同源蛋白质retinophilin也可以结合果蝇的Myo3a（NinaCp174），稳定视觉信号转到复合体INAD和PKC蛋白。然而，目前对MORN4和Myo3a特异性相互作用的分子机制仍不清楚。在前期研究中，我们发现Myo3a尾部的一段保守区MBD介导了Myo3a和MORN4之间极强的相互作用。接下来，我们拟利用生物化学和结构生物学的手段，阐明Myo3a/MORN4以及NinaCp174/retinophilin相互作用的分子机制。并利用细胞生物学的方法探索Myo3a和MORN4相互作用的生物学意义。

在本研究中，我们发现MORN4的MORN基序作为一个蛋白-蛋白相互作用模块特异性的识别Myo3a的尾部货物结合区。Myo3a-MBD/MORN4蛋白复合体的晶体结构显示：MORN4的4个MORN motif和N端的一个β-sheet、C端的两个β-sheet形成一个伸展β-sheet片层，并利用其U形构象以高特异性、高亲和力结合Myo3a尾部。我们的工作证明MORN基序可以作为一个通用的蛋白-蛋白相互作用模块。为了进一步探索这一概念，我们利用含有MORN基序的甲基转移酶SETD7为原型，研究MORN基序对SETD7识别和催化底物的影响。我们通过分析凝胶过滤色谱法，等温滴定量热法，和体外甲基化实验发现，SETD7利用其MORN基序作为锚定位点识别底物，并将甲基化位点呈递到其催化结构域从而增加底物识别的特异性和催化的效率。我们提出的锚定+催化模型解释了之前发现的SETD7底物的识别的催化机制，并且预测出多个全新的底物。我们的发现进一步表明其他甲基转移酶或许通过类似的锚定+催化模型来识别和催化底物已实现高效的底物识别和催化。