含longin结构域的SNARE蛋白Ykt6的结构与动力学研究

Ykt6是细胞中介导膜融合过程的SNARE蛋白。前期研究表明,Ykt6在胞质和膜之间的循环由自身的构像变化调控。本项目结合核磁共振波谱和分子动力学模拟方法研究SNARE蛋白Ykt6的动力学性质。首先用核磁共振方法全面表征全长蛋白与DPC的复合物在快速和慢速时间范围内的动力学。利用分子动力学方法考察不同脂质化状态的Ykt6在水溶液和膜环境中的构像变化动力学。对以上研究结果在细胞模型中进行验证，考察Ykt6在胞质和膜之间的循环。本项目旨在阐明脂质化介导的Ykt6的循环对膜融合过程调控的分子机制，也将促进我们理解脂质化对蛋白功能的调控机理。

本项目对膜融合蛋白ykt6的三种不同状态，即未脂质化apo态，DPC结合态和C端法尼酰化态的构象动力学进行了系统研究。核磁共振实验发现在apo态ykt6有较大的构象柔性，而DPC的结合使ykt6的构象更加稳定。DPC结合态可以看做法尼酰脂质化的模拟状态，而实验中未得到法尼酰化的ykt6晶体结构。我们以DPC结合态ykt6的晶体结构为模板构建了法尼酰化的ykt6全长结构。长时间（2 s）的分子动力学模拟给出了稳定的法尼酰化ykt6的结构。在三个体系中，SNARE core结构域均显示了比longin结构域更高的构象柔性。而三个体系的平行比较发现DPC分子结合或法尼酰化能够使ykt6的构象运动空间减小。DPC分子和法尼酰基使脂质结合口袋中残基的侧链构象稳定，DPC明显增强了longin结构域和SNARE core之间的相互作用。apo和法尼酰化状态中脂质结合口袋相比晶体结构略有收缩。在结合口袋中，DPC分子的极性部分具有较高的构象柔性，在不同构象之间频繁转换。而法尼酰基在结合口袋中也呈现不同构象，主要构象稳定，构象转换速度较慢。在ykt6与其他SNARE蛋白形成SNARE复合物时，longin结构域和SNARE core的分子内相互作用解离。我们的研究表明这一解离过程分为三个阶段，SNARE core的三个区域先后与longin结构域解离，而F-G的解离是关键的决速步骤。三个体系的平行比较发现DPC结合和法尼酰化均能使解离更加困难，而法尼酰化的ykt6中longin和SNARE core的相互作用最强。因此脂质化是调节ykt6分子内相互作用以及形成SNARE复合物专一性的重要因素。我们的研究增进了人们对这一调节过程的微观机制的认识。共发表SCI论文11篇。