类囊体诱导生成蛋白（VIPP1）结构与功能分析

Thylakoids are characteristic structures of cyanobacteria and chloroplasts. As an important organ for oxygenic photosynthesis, the major complexes of oxygenic photosynthesis are embedded in these membranes. Vesicle-Inducing Protein in Plastids 1 (VIPP1) was described to be involved in thylakoid membrane formation and protein transport system. After down regulate the expression of VIPP1, mutants show a comparable loss of thylakoid membrane content and structure, as well as reduced photosynthetic activity, and function defect in lipid transfer. VIPP1 may interact with HSP70B molecular chaperones system. They form VIPP1-HSP70 complex which controls senior structure of VIPP1. Adding to HSP70 may involve in the process of folding and transport of photosynthetic protein. So it is suggested that VIPP1 may play important roles in transport of photosynthetic protein. And then it affects thylakoid membrane formation. In this project, we aim to investigate structural and biochemical characteristics of VIPP1 and VIPP1-HSP70 complex in vitro. In vivo, genetics and cytology means will be used to study the interacting protein network of VIPP1 and the molecular mechanisms of VIPP1 involving in protein transport and photosystem formation in thylakoid. This project will give an insight to the mechanism of VIPP1 protein biological functions, molecular mechanisms of thylakoid formation and agricultural production applications.

类囊体是蓝藻和叶绿体进行有氧光合作用的重要场所，众多光合蛋白复合体均分布于类囊体膜上。研究发现质体囊泡诱导生成蛋白（VIPP1）与类囊体生物建成和蛋白运输密切相关。VIPP1表达下调后，叶绿体囊泡运输消失，有氧光合作用效率显著下降，类囊体结构严重缺陷。VIPP1与HSP70B分子伴侣系统形成复合体，并影响VIPP1高级蛋白结构。而HSP70与光合蛋白的再生、折叠、运输等过程有关。因此我们推测VIPP1参与光合蛋白的运输过程，进而影响类囊体的生物建成。本项目体外分析VIPP1二级结构、高级结构和VIPP1-HSP70复合体的结构特征和生化特性。体内分析VIPP1作用底物和相互作用蛋白网络，深入研究VIPP1参与类囊体蛋白运输和光系统建成的分子机制。本项目为认识VIPP1蛋白生物学功能、类囊体生物建成分子机制和VIPP1应用转化提供实验依据。

前人大量的研究结果表明，Vipp1对了植物叶绿体类囊体的形成具有非常重要的作用。Vipp1缺失植物表现为白化、致死的表型。另外有研究表明Vipp1还参与了植物的抗逆过程。然而Vipp1在执行其功能时，经常会伴有聚集状态变化的生化特点，这一特点很可能是其生物功能的基础。本项目研究目的即从分析衣藻Vipp1二级结构、高级结构和Vipp1-HSP70复合体的结构特征和生化特性出发，进一步分析Vipp1作用底物和相互作用蛋白网络，最终揭示 Vipp1参与类囊体建成和植物抗逆过程的分子机制。.本项目主要的研究发现：体外纯化的衣藻Vipp1可以形成高聚体，其分子量超过1 MDa。蛋白得二级结构以阿尔法螺旋为主，占约全蛋白的百分之七十，其第二和第三阿尔法螺旋可以形成卷曲-卷曲结构域，该结构有助于Vipp1形成超高聚合化的链状结构。CrVipp1碳端结构域（第七阿尔法螺旋）独立于其高级结构之外，可能与底物的识别有关。CrVipp1氮端结构域（第一到六阿尔法螺旋）则均参与CrVipp1高级结构的形成。通过CrVipp1与Hsp70相互作用分析，我们发现Hsp70只与低聚化的CrVipp1结合，暗示了Hsp70参与了CrVipp1高聚化的过程，当形成高聚态后CrVipp1便与Hsp70解离。同时我们发现Hsp70是通过与CrVipp1的第四、七阿尔法螺旋结构域发生相互作用的。本项目还在小麦中克隆两个Vipp1基因，生化分析表明，它们都具有经典的Vipp1的生化、结构特性，遗传分析表明它们还是有生物学功能叶绿体蛋白。